doi.org/10.1038/s41567-024-02643-5
Credibilidade: 999
#Supercondutividade
Usando a tecnologia de pulso de terahertz, pesquisadores descobriram uma maneira de examinar a desordem em supercondutores próximos às suas temperaturas críticas de transição, potencialmente transformando nossa compreensão desses materiais e suas aplicações.
A importância da desordem na física só é igualada pela dificuldade de estudá-la. Por exemplo, as propriedades notáveis “”de supercondutores de alta temperatura são muito afetadas por variações na composição química do sólido. Técnicas que permitem medições dessa desordem e seu impacto nas propriedades eletrônicas, como a microscopia de tunelamento de varredura, funcionam apenas em temperaturas muito baixas e são cegas para essas físicas perto da temperatura de transição.
Agora, uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria (MPSD) na Alemanha e do Laboratório Nacional Brookhaven nos Estados Unidos demonstrou uma nova maneira de estudar a desordem em supercondutores usando pulsos de luz de terahertz. Adaptando métodos usados “”em ressonância magnética nuclear para espectroscopia de terahertz, a equipe foi capaz de acompanhar a evolução da desordem nas propriedades de transporte até a temperatura de transição supercondutora pela primeira vez.
Técnica inovadora no estudo da supercondutividade:
A supercondutividade, um fenômeno quântico que permite que a corrente elétrica flua sem resistência, está entre os fenômenos mais importantes na física da matéria condensada devido ao seu impacto tecnológico transformador. Muitos materiais que se tornam supercondutores nas chamadas “altas temperaturas” (em torno de -170 °C), como os conhecidos supercondutores de cuprato, derivam suas propriedades notáveis “”da dopagem química, que introduz desordem. No entanto, o impacto exato dessa variação química em suas propriedades supercondutoras permanece obscuro.
Em supercondutores e sistemas de matéria condensada de forma mais geral, a desordem é tipicamente estudada com experimentos que apresentam resolução espacial precisa, como o uso de pontas metálicas extremamente afiadas. No entanto, a sensibilidade desses experimentos restringe sua aplicação a temperaturas de hélio líquido, muito abaixo da transição supercondutora, impedindo assim o estudo de muitas questões fundamentais relacionadas à própria transição.
Resolvendo a desordem por meio da espectroscopia de terahertz:
Inspirando-se em técnicas de “espectroscopia multidimensional” inicialmente desenvolvidas para ressonância magnética nuclear e posteriormente adaptadas para frequências ópticas visíveis e ultravioleta por químicos que estudam sistemas moleculares e biológicos, os pesquisadores do MPSD estenderam essa classe de técnicas para a faixa de frequência de terahertz, onde modos coletivos de sólidos ressoam. Essa técnica envolve excitar sequencialmente um material de interesse com múltiplos pulsos intensos de terahertz, normalmente em uma geometria colinear na qual os pulsos viajam na mesma direção.
Para investigar o supercondutor cuprato La1.83Sr0.17CuO4 – um material opaco que transmite luz mínima – a equipe estendeu o esquema convencional implementando a espectroscopia de terahertz bidimensional (2DTS) em uma geometria não colinear pela primeira vez, permitindo que os pesquisadores isolassem não linearidades específicas de terahertz por sua direção de emissão.
Revelando Insights com 2DTS de Ângulo Resolvido
Com essa técnica de 2DTS de ângulo resolvido, os pesquisadores observaram que o transporte supercondutor no cuprato foi revivido após a excitação pelos pulsos de terahertz, um fenômeno que eles denominaram “ecos de Josephson”.
Surpreendentemente, esses ecos de Josephson revelaram que a desordem no transporte supercondutor era significativamente menor do que a desordem correspondente observada na lacuna supercondutora medida por técnicas espacialmente resolvidas, como experimentos de microscopia de varredura.
Além disso, a versatilidade da técnica de 2DTS de ângulo resolvido permitiu que a equipe medisse a desordem perto da temperatura de transição supercondutora pela primeira vez, descobrindo que ela permaneceu estável até 70% relativamente quente da temperatura de transição.
Direções futuras na pesquisa de supercondutores:
Além de uma compreensão mais profunda das propriedades enigmáticas dos supercondutores de cuprato, os pesquisadores enfatizam que esses primeiros experimentos abrem a porta para muitas direções futuras emocionantes. Além de aplicar o 2DTS com resolução angular a outros supercondutores e materiais quânticos de forma mais ampla, a natureza ultrarrápida do 2DTS o torna aplicável a estados transitórios da matéria de vida muito curta para sondagens convencionais de desordem.
Publicado em 23/09/2024 17h38
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