Cientistas deram um passo significativo na
compreensão da supercondutividade, estudando os eventos quânticos estranhos em
um material supercondutor único.
Cupratos são
materiais com uma grande promessa de alcançar a supercondutividade a
temperaturas mais elevadas (-120 ° C). Isto poderia significar eletricidade de
baixo custo sem perda de energia. Intensa pesquisa centrou-se na compreensão da
física dos cupratos na esperança de que podemos desenvolver supercondutores a
temperatura ambiente. Cientistas usaram uma técnica de ponta para descobrir a
maneira como os cupratos tornam-se supercondutores. O trabalho foi publicado na
Nature Communications.
Supercondutores
convencionais são materiais que conduzem eletricidade sem resistência em temperaturas
que se aproximam do zero absoluto (-273,15 °C ou 0 K). Sob estas condições, os
elétrons do material juntam-se e formam casais de elétrons que são chamados de
“pares de Cooper”, e desta forma fluem sem resistência. Geralmente, os pares de
Cooper se formam a temperaturas muito baixas, e apenas quando os átomos vibram
e criam uma força de atração entre os elétrons.
No entanto, existe
uma classe de supercondutores onde pares de Cooper não se formam por causa de
vibrações dos átomos. Estes supercondutores são materiais à base de cobre chamados
“cupratos”, e em temperaturas normais, elas são, na verdade, isolantes elétricos
e ímãs.
A popularidade dos
cupratos vem do fato de serem supercondutores a temperaturas muito mais
elevadas do que os outros materiais: -123,15 °C (150 K). Isso faz dos cupratos
excelentes candidatos para a supercondutividade cotidiana. Contudo, estudos anteriores
sugeriram que cupratos não se tornam supercondutores como outros materiais, o
que coloca a questão: como a supercondutividade surge em cupratos?
Uma equipe de
pesquisadores liderada por Marco Grioni usou uma técnica
espectroscópica de ponta para explorar a supercondutividade dos cupratos. Os
cientistas usaram uma técnica chamada de Resonant
Inelastic X-ray Scattering (espalhamento ressonante inelástico de raios-X,
tradução livre), usada para investigar a estrutura eletrônica de materiais.
Este método de alta resolução foi capaz de monitorar o que acontece com os
elétrons de uma amostra de cuprato quando ele se torna supercondutor.
“Normalmente, supercondutores odeiam magnetismo”,
diz Grioni. “Ou
você tem um bom ímã ou um bom supercondutor, mas não ambos. Cupratos são muito
diferentes e realmente surpreendeu todos, porque são normalmente isolantes e
ímãs, mas tornam-se supercondutores quando alguns elétrons extras são
adicionados por ajustes suaves de sua composição química”.
O ingrediente chave
do magnetismo é uma propriedade dos elétrons chamada spin, que pode ser
considerado como o momento de um pião. Spins podem interagir uns com os outros
e criar ondas que viajam através do material. Quando os materiais magnéticos
são perturbados, ondas de spin são criadas e espalhados ao longo do seu volume.
Essas ondas de spin são impressões digitais reveladoras da interação e
estrutura magnética.
Mesmo quando eles se
tornam supercondutores, os cupratos não perdem suas propriedades magnéticas. “Algo do ímã
permanece no supercondutor, e pode desempenhar um papel importante no
aparecimento de supercondutividade” diz Grioni. “Os
novos resultados fornecem uma ideia melhor de como os spins interagem nestes
fascinantes materiais”.
Os resultados sugerem
uma nova compreensão da supercondutividade em cupratos e, possivelmente, em
outros supercondutores de alta temperatura. Ao revelar o papel das interações
de spin, pode abrir o caminho para a interposição de supercondutores de alta
temperatura para o mundo real.
