Os físicos finalmente capturaram a onda de um supercondutor.
A primeira evidência direta de uma fase da matéria conhecida como onda de densidade de pares ajuda a revelar a física subjacente aos supercondutores misteriosos de alta temperatura, que conduzem eletricidade sem resistência a temperaturas surpreendentemente altas. A onda foi detectada usando um microscópio de varredura por tunelamento, relatam pesquisadores em 1 de abril na Nature.
Os físicos suspeitavam que existissem ondas de densidade de pares nesses materiais, e experimentos anteriores haviam sugerido sua existência. Mas sem prova direta, os cientistas não conseguiram avançar na compreensão dos materiais. “Investigar e provar [que] essa fase pode não apenas existir, mas realmente existe, é muito importante”, diz o físico teórico Eun-Ah Kim, da Universidade Cornell, que não participou do trabalho.
Os supercondutores de alta temperatura impressionaram os físicos quando os materiais entraram em cena na década de 1980. Conhecidos como cupratos por conterem cobre, os materiais conduzem eletricidade sem resistência a temperaturas muito mais altas do que a maioria dos outros supercondutores, cerca de 100 kelvins (cerca de ?173 ° Celsius) ou mais.
Embora ainda estejam frias, essas temperaturas são muito mais fáceis de atingir do que as temperaturas zero quase absolutas necessárias para muitos supercondutores. A descoberta dos materiais levou a grandes esperanças de que um supercondutor de temperatura ambiente pudesse ser encontrado em breve, possivelmente levando a novas tecnologias, como redes elétricas muito mais eficientes em termos de energia, trens levitados magneticamente e supercomputadores poderosos.
Mas, décadas depois, um supercondutor de temperatura ambiente ainda não apareceu em cena. Além disso, os cientistas ainda não entendem completamente a física que torna esses materiais tão especiais. Em particular, “queremos entender o mecanismo microscópico de como a supercondutividade ocorre nesses materiais”, diz o físico Kazuhiro Fujita, do Laboratório Nacional Brookhaven, em Upton, Nova York. Agora, os cientistas estão se aproximando um pouco mais de uma solução.
Nos supercondutores, os elétrons se agrupam em pares chamados pares de Cooper, uma parceria que lhes permite deslizar suavemente pelo material sem resistência. Nesses materiais, os cientistas observam uma lacuna nas energias dos elétrons, em vez de um espectro contínuo.
Os físicos previram que, em supercondutores de alta temperatura, a lacuna nas energias dos elétrons variaria periodicamente através da superfície do material em um tipo estranho de onda. Esse efeito pode estar ligado a outro estado incomum que existe nos mesmos materiais em temperaturas mais altas, chamada fase pseudogap. Esse estado habita um estranho limbo: não é supercondutor nem isolador, e conduz eletricidade, mas não tão bem assim.
Fujita e colegas detectaram a onda deslizando pela superfície de um composto supercondutor – um óxido de cobre à base de bismuto – com um microscópio de varredura por tunelamento. O microscópio possui uma ponta extremamente fina que detecta elétrons que atravessam o espaço entre o supercondutor e a ponta através de um processo quântico conhecido como tunelamento. Nesse caso, os pesquisadores também fixaram um pequeno pedaço de supercondutor na ponta do microscópio, para procurar por elétrons tunelados de um bit do supercondutor para outro. A lacuna de energia, relatou a equipe, variou periodicamente na superfície do material em uma onda, como previsto.
“Esta é realmente uma medida direta do componente de onda de densidade de pares”, diz o físico teórico Eduardo Fradkin, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. “É uma experiência realmente emocionante”.
Essa fase de pseudogap pode ser importante na busca de aumentar a faixa de temperatura dos supercondutores de alta temperatura. O novo resultado pode ajudar os cientistas a entender melhor essa fase, esclarecendo como esses materiais se comportam à medida que aquecem.
Publicado em 05/04/2020 10h20
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