Considerados o “santo graal” da física contemporânea, os materiais supercondutores revelaram no último século algumas propriedades extraordinárias, sendo a principal a capacidade de conduzir eletricidade sem qualquer resistência elétrica. Isso acena para algumas aplicações revolucionárias, como trens de levitação magnética, por exemplo.
O problema, no qual os pesquisadores têm trabalhado incessantemente, é que essa supercondutividade só funciona por enquanto em temperaturas extremamente baixas. Nesse sentido, o grande desafio tem sido encontrar materiais que entreguem suas propriedades únicas em temperaturas mais altas, e até mesmo em temperatura ambiente.
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Recentemente, em um estudo publicado na revista Science, uma equipe internacional liderada por pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory, da Universidade de Stanford nos EUA, notaram que o pareamento de elétrons, uma característica necessária de um supercondutor, pode ser obtido em temperaturas bem mais altas do que se pensava, e em um material improvável: um isolante antiferromagnético.
A "dança" sincronizada dos elétrons
Representação gráfica de um "casal" de elétrons se sincronizando em material supercondutor.Fonte: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory
Embora um isolante elétrico não pareça ser um material propício à supercondutividade, a equipe flagrou elétrons se emparelhando em temperaturas de até -123°C, um dos requisitos para que o fluxo sem perdas ocorra. "Os pares de elétrons estão nos dizendo que estão prontos para serem supercondutores, mas algo os está impedindo", brinca o primeiro autor do artigo, Ke-Jun Xu, em um comunicado.
A questão agora, diz o estudante de pós-graduação em física, é descobrir um novo método para sincronizar esses pares. Em anos de estudo, os pesquisadores aprenderam que, para um material ser supercondutor, não basta que os elétrons estejam pareados, mas também que sejam coerentes. Isso significa que seus movimentos devem ser sincronizados, caso contrário o material se torna isolante.
No comunicado à imprensa, o oficial de comunicação científica do SLAC, David Krause, compara o comportamento dos elétrons a duas pessoas em uma festa que, ao ouvir o DJ tocar uma música da qual ambas gostam, se juntam e começam a dançar. Logo, os demais elétrons também começam a formar pares e tornam a festa supercondutora. No estudo atual, os elétrons estão apenas flertando, mas não se levantaram para dançar, diz o engenheiro.
Testando pareamento de elétrons em cupratos
O novo estudo testou supercondutores não convencionais.Fonte: SLAC
Os supercondutores convencionais funcionam em temperaturas próximas ao zero absoluto (-273,15 °C), mas em materiais conhecidos como supercondutores não convencionais, os elétrons emparelham e dançam de maneira sincronizada em temperaturas expressivamente mais altas. Nessa classe especial de materiais, alguma coisa além das vibrações da rede faz os elétrons emparelharem, mas os pesquisadores não sabem por que isso ocorre.
No estudo atual, os autores apostaram em uma família de supercondutores não convencionais pouco estudada chamada "cupratos". Ao lançar luz ultravioleta sobre o material, a equipe percebeu que seus elétrons se mostraram resistentes à ejeção, o que resultou em um "gap de energia" que se manteve até 150 Kelvin, o que é uma evidência de que os elétrons são pareados em temperaturas superiores do que a resistência zero em quase 25 Kelvin.
Paradoxalmente, o pareamento se mostrou mais forte nas amostras mais isolantes. O próximo passo é testar esse gap de pareamento em novas famílias de supercondutores.
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