Um único resultado de medição não é uma prova – isso tem sido mostrado repetidamente na ciência. Só podemos realmente confiar em um resultado de pesquisa quando ele foi medido várias vezes, de preferência por diferentes equipes de pesquisa, de maneiras ligeiramente diferentes. Dessa forma, os erros geralmente podem ser detectados mais cedo ou mais tarde.
No entanto, um novo estudo do Prof. Andrej Pustogow do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien, juntamente com outras equipes de pesquisa internacionais, mostra que isso às vezes pode levar muito tempo. A investigação do rutenato de estrôncio, um material que desempenha um papel importante na supercondutividade não convencional, agora refutou um experimento que ganhou fama na década de 1990, quando se acreditava que uma nova forma de supercondutividade havia sido descoberta. Como agora se constata, no entanto, o material se comporta de maneira muito semelhante a outros supercondutores de alta temperatura bem conhecidos. No entanto, este é um passo importante para a pesquisa.
Duas partículas com spin acoplado
A supercondutividade é um dos grandes mistérios da física do estado sólido: certos materiais perdem completamente sua resistência elétrica em baixas temperaturas. Este efeito ainda não foi totalmente compreendido. O que é certo, entretanto, é que os chamados “pares de Cooper” desempenham um papel central na supercondutividade.
Em um metal normal, a corrente elétrica consiste em elétrons individuais que colidem entre si e com os átomos do metal. Em um supercondutor, os elétrons se movem em pares. “Isso muda a situação dramaticamente”, explica Pustogow. “É semelhante à diferença entre uma multidão em uma rua comercial movimentada e o movimento aparentemente fácil de um casal dançando na pista de dança.” Quando os elétrons estão ligados em pares de Cooper, eles não perdem energia por espalhamento e se movem através do material sem qualquer perturbação. A questão crucial é: quais as condições que levam a essa formação de pares Cooper?
“Do ponto de vista da física quântica, o importante é o spin desses dois elétrons”, diz Pustogow. O spin é o momento magnético de um elétron e pode apontar para “cima” ou “para baixo”. Em pares de Cooper, no entanto, ocorre um acoplamento: em um estado “singlete”, o spin de um elétron aponta para cima e o do outro elétron aponta para baixo. Os momentos magnéticos se cancelam e o spin total do par é sempre zero.
No entanto, essa regra, que quase todos os supercondutores seguem, parecia ser quebrada pelos pares de Cooper em rutenato de estrôncio (Sr2RuO4). Em 1998, foram publicados resultados que indicaram pares de Cooper em que os spins de ambos os elétrons apontam na mesma direção (então é um “tripleto de spin”). “Isso permitiria aplicativos completamente novos?, explica Pustogow. “Esses pares tripletos de Cooper não teriam mais um spin total de zero. Isso permitiria que eles fossem manipulados com campos magnéticos e usados para transportar informações sem perda, o que seria interessante para a spintrônica e possíveis computadores quânticos.”
Isso causou uma grande agitação, até porque o rutenato de estrôncio também era considerado um material particularmente importante para pesquisas de supercondutividade por outras razões: sua estrutura cristalina é idêntica à dos cupratos, que exibem supercondutividade em alta temperatura. Enquanto os últimos são deliberadamente dopados com ‘impurezas’ para tornar a supercondutividade possível, Sr2RuO4 já é supercondutor em sua forma pura.
Nova medição, novo resultado
“Na verdade, estudamos esse material por um motivo completamente diferente”, diz Pustogow. “Mas no processo, percebemos que essas medições antigas não podiam estar corretas.” Em 2019, a equipe internacional conseguiu mostrar que o efeito spin supostamente exótico era apenas um artefato de medição: a temperatura medida não correspondia à temperatura real da amostra estudada; na verdade, a amostra estudada na época não era nada supercondutora. Com essa percepção em mente, a supercondutividade do material foi agora reexaminada com grande precisão. Os novos resultados mostram claramente que o rutenato de estrôncio não é um supercondutor tripleto. Em vez disso, as propriedades correspondem ao que já é conhecido dos cupratos.
No entanto, Pustogow não acha isso decepcionante: “É um resultado que traz mais um passo em frente ao nosso entendimento da supercondutividade de alta temperatura nesses materiais. A descoberta de que o rutenato de estrôncio mostra um comportamento semelhante aos cupratos significa duas coisas: por um lado, mostra que não estamos lidando com um fenômeno novo e exótico, e por outro lado também significa que temos um novo material à nossa disposição, no qual podemos investigar fenômenos já conhecidos.” O rutenato de estrôncio ultra-puro é mais adequado para isso do que os materiais anteriormente conhecidos. Oferece um campo de teste muito mais limpo do que cuprates.
Além disso, também se aprende algo sobre a confiabilidade de publicações antigas e geralmente aceitas: “Na verdade, pode-se pensar que os resultados em física do estado sólido dificilmente podem estar errados”, diz Pustogow. “Enquanto na medicina você pode ter que se contentar com alguns ratos de laboratório ou uma amostra de mil cobaias, examinamos bilhões de bilhões (cerca de 1019) de elétrons em um único cristal. Isso aumenta a confiabilidade de nossos resultados. Mas isso aumenta Isso não significa que todos os resultados sejam completamente corretos. Como em toda a ciência, reproduzir resultados anteriores é indispensável em nosso campo – e assim também é falsificá-los.
Publicado em 26/06/2021 01h19
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