Supercondutores não convencionais contêm uma série de fases exóticas da matéria que parecem desempenhar um papel, para o bem ou para o mal, em sua capacidade de conduzir eletricidade com 100% de eficiência em temperaturas muito mais altas do que os cientistas pensaram ser possível – embora ainda muito aquém das temperaturas isso permitiria sua ampla implantação em linhas de energia perfeitamente eficientes, trens maglev e assim por diante.
Agora, os cientistas do Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia vislumbraram a assinatura de uma dessas fases, conhecida como ondas de densidade de par ou PDW, e confirmaram que ela está entrelaçada com outra fase conhecida como listras de onda de densidade de carga (CDW) – padrões ondulatórios de maior e menor densidade de elétrons no material.
Observar e compreender o PDW e suas correlações com outras fases pode ser essencial para entender como a supercondutividade emerge nesses materiais, permitindo que os elétrons se emparelhem e viajem sem resistência, disse Jun-Sik Lee, cientista da equipe do SLAC que liderou a pesquisa no laboratório Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL).
Mesmo a evidência indireta da fase PDW entrelaçada com listras de carga, disse ele, é um passo importante no longo caminho para a compreensão do mecanismo por trás da supercondutividade não convencional, que escapou aos cientistas ao longo de mais de 30 anos de pesquisa.
Lee acrescentou que o método que sua equipe usou para fazer essa observação, que envolvia aumentar drasticamente a sensibilidade de uma técnica de raios-X padrão conhecida como espalhamento de raios-X ressonante suave (RSXS) para que pudesse ver os sinais extremamente fracos emitidos por esses fenômenos , tem potencial para avistar diretamente a assinatura PDW e suas correlações com outras fases em experimentos futuros. É nisso que eles planejam trabalhar a seguir.
Os cientistas descreveram suas descobertas em Physical Review Letters.
Desvendando segredos supercondutores
A existência da fase PDW em supercondutores de alta temperatura foi proposta há mais de uma década e se tornou uma área de pesquisa interessante, com teóricos desenvolvendo modelos para explicar como funciona e experimentalistas procurando por ela em uma variedade de materiais.
Neste estudo, os pesquisadores foram procurá-lo em um óxido de cobre, ou cuprato, material conhecido como LSCFO para os elementos que ele contém – lantânio, estrôncio, cobre, ferro e oxigênio. Acredita-se que ele hospede duas outras fases que podem se entrelaçar com o PDW: listras de onda de densidade de carga e listras de onda de densidade de spin.
A natureza e o comportamento das listras de carga e rotação foram explorados em uma série de estudos, mas houve apenas alguns vislumbres indiretos de PDW – muito parecido com a identificação de um animal de seus rastros – e nenhum feito com técnicas de espalhamento de raios-X. Como o espalhamento de raios-X revela o comportamento de uma amostra inteira de uma vez, ele é considerado a maneira mais promissora de esclarecer se o PDW existe e como ele se relaciona com outras fases-chave em cupratos, disse Lee.
Nos últimos anos, a equipe do SSRL trabalhou para aumentar a sensibilidade do RSXS para que ele pudesse capturar os sinais que estavam procurando.
O pesquisador de pós-doutorado Hai Huang e o engenheiro da equipe do SLAC Sang-Jun Lee usaram a técnica aprimorada neste estudo. Eles espalharam os raios X do LSCFO em um detector, formando padrões que revelaram o que estava acontecendo dentro do material. À medida que caíam a temperatura do material em direção à sua faixa supercondutora, faixas de spin apareceram e se entrelaçaram para formar faixas de carga, e essas faixas de carga foram associadas ao surgimento de flutuações bidimensionais que são a marca registrada do PDW.
Os pesquisadores disseram que esses resultados não apenas demonstram o valor da nova abordagem RSXS, mas também apóiam a possibilidade de que o PDW esteja presente não apenas neste material, mas em todos os cupratos supercondutores.
Publicado em 24/04/2021 10h11
Artigo original:
Estudo original: