Estas são as estruturas cristalinas do HgBa2CuO4+
e do YBa2Cu3O6+
Ordem de carga foi estabelecida em outra classe de cuprato,
destacando a importância do fenômeno como uma propriedade geral desses
materiais de alta TC
A descoberta em 1986 da
supercondutividade em cupratos, uma classe de materiais cerâmicos, impulsionou
um esforço impressionante de pesquisa em todo o mundo. Estes materiais ainda
detêm o recorde de temperatura crítica e por isso são chamados supercondutores
de alta-TC, apesar do fato de alta-TC significar apenas -140
°C. Embora esse valor pareça bastante baixo, é, de fato, muito alto em
comparação com os supercondutores clássicos, onde é necessário resfriar o
material perto da temperatura do zero absoluto, -274 °C, para o surgimento da
supercondutividade. O salto emocionante da TC com a descoberta dos high-TC
ainda nutre esperança de que algum dia, a supercondutividade seja possível em temperatura
ambiente.
O fenômeno da supercondutividade é bem
compreendido para os supercondutores clássicos. Quando não estão no estado
supercondutor, supercondutores clássicos se comportam como metais, e a supercondutividade
emerge desse estado metálico pelo emparelhamento de elétrons. O emparelhamento
de portadores de carga é também o que está por trás da supercondutividade nos
cupratos. No entanto, estes supercondutores são materiais cerâmicos, onde até
mesmo o estado não-supercondutor (normal) é pouco compreendido, muito menos o
mecanismo por trás do emparelhamento dos portadores de carga. É por isso que
novos insights sobre as propriedades
dos cupratos ainda mantém os cientistas animados - mesmo quase 30 anos após a
descoberta da supercondutividade de alta TC.
Os cupratos vieram como um zoológico de
materiais com abreviações do tipo LBCO, YBCO, LSCO, BSCO, e muitos mais, com
fórmulas químicas de La2-xBaxCuO4, YBa2Cu3O6,
La2-xSrxCuO4, Bi2Sr2-xLaxCuO6.
Todos estes materiais têm uma característica comum: os átomos de cobre e oxigênio
são dispostos em planos, formando objetos quase bidimensionais. Introduzir portadores
de carga nos planos de oxigênio e cobre não resulta em um comportamento
metálico simples. Em vez disso, é observada complexidade de fases incomuns em
torno de supercondutividade, e como o estado supercondutor emerge a partir
desses estados exóticos não tem explicação até agora.
Um dos fenômenos
observados em cupratos de alta TC é a chamada ordem de carga. Aqui,
os portadores de carga que são introduzidos nos materiais cerâmicos tendem a
formar um padrão regular de listras nos planos de cobre e oxigênio. Sendo
colocado em um arranjo regular, torna o portador de carga menos móvel e impede
a formação do estado supercondutor: ordem de carga é antagônica à
supercondutividade. Naturalmente, isto é da maior importância para explorar os
limites da supercondutividade e compreender o fenômeno em si. Ordem de carga
foi observada em uma das classes de cupratos já em 1995. Ocorreu algum tempo
para ser revelado que muitas outras classes de cupratos exibem o mesmo
comportamento, e só nos últimos anos, evidências de um fenômeno ubíquo foram
acumuladas, com a observação importante de ordem de carga no YBCO em 2012.
Todas estas experiências forneceram evidências de que esse fenômeno é uma
propriedade comum dos portadores de carga nos planos de oxigênio e cobre dos
cupratos.
Iniciado por pesquisadores de Minnesota,
uma equipe internacional de cientistas identificou agora ordem de carga no HgBa2CuO4,
enfatizando este comportamento universal: HgBa2CuO4 é um cuprato
com uma estrutura cristalina bastante simples que superconduz a temperaturas
tão elevadas quanto -175 °C. Outro resultado importante do estudo é a
descoberta de que a ordem de carga está intimamente relacionada com outra
propriedade do material. Quando um campo magnético muito alto é aplicado, a supercondutividade
é destruída, e a resistência elétrica sobe e desce com a mudança de campo
magnético, conhecido como oscilações quânticas. Encontrar uma conexão universal
entre o período destas oscilações quânticas e o período espacial da ordem de carga
é uma das realizações do estudo. A associação dessas observações aparentemente
distintas em um material tão complexo é de extrema importância, uma vez que
contribui para dizer qual efeito é importante e qual é espúrio.
Uma parte importante desta pesquisa foi
realizada com o difratômetro XUV do HZB, empregando o
método particularmente sensível de ressonância de difração de raios-X macio.
Este método já foi utilizado com sucesso para detectar fracas ordem de carga em
uma série de materiais. Os resultados agora foram publicados na revista Nature
Communications. “Depois de décadas de pesquisa, os estados incomuns da
matéria nos cupratos e sua relação com o fenômeno da supercondutividade de alta
TC ainda estão confundindo os cientistas”, diz o Dr. Eugen Weschke
do Department
Quantum Phenomena in Novel Materials, “a observação de ordem de carga neste modelo de
sistema limpo acrescenta uma peça importante para a sistemática dos cupratos, e
estamos felizes de ter contribuído para esses estudos com uma série de
experimentos aqui no HZB”.
