Considerado o “Santo Graal” da física contemporânea, materiais supercondutores revelaram algumas propriedades extraordinárias no século passadoa principal delas é a capacidade de conduzir eletricidade sem qualquer resistência elétrica. Isto sugere algumas aplicações revolucionárias, como trens de levitação magnética, por exemplo.
O problema, no qual os pesquisadores têm trabalhado incessantemente, é que esta 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 elevadas, e até mesmo em temperatura ambiente.
Recentemente, num estudo publicado na revista Science, uma equipa internacional liderada por investigadores do SLAC National Accelerator Laboratory, da Universidade de Stanford, nos EUA, observou que o emparelhamento de electrões, uma característica necessária de um supercondutor, pode ser alcançado a temperaturas muito mais baixas. maior do que se pensava anteriormente e em um material improvável: um isolante antiferromagnético.
A “dança” sincronizada dos elétrons
Representação gráfica de um “par” de elétrons sincronizando em material supercondutor.Fonte: Laboratório Nacional de Aceleradores Greg Stewart/SLAC
Embora um isolante elétrico não pareça ser um material propício à supercondutividade, a equipe detectou o emparelhamento de elétrons em temperaturas tão baixas quanto -123°C, um dos requisitos para que ocorra um fluxo sem perdas. “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 comunicado.
A questão agora, diz o estudante de 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 emparelhados, mas também que sejam coerentes. Isso significa que seus movimentos devem ser sincronizados, caso contrário o material torna-se 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 ouvirem o DJ tocar uma música de que ambos gostam, se reúnem e começam a dançar. Então, os outros elétrons também começam a formar pares e tornar a festa supercondutora. No estudo atual, os elétrons estão apenas flertando, mas não se levantando para dançar, diz o engenheiro.
Testando o emparelhamento de elétrons em cupratos
O novo estudo testou supercondutores não convencionais.Fonte: SLAC
Os supercondutores convencionais funcionam em temperaturas próximas do zero absoluto (-273,15 °C), mas em materiais conhecidos como supercondutores não convencionais, os elétrons emparelham e dançam sincronizadamente em temperaturas significativamente mais altas. Nesta classe especial de materiais, algo diferente das vibrações da rede faz com que os elétrons se emparelhem, mas os pesquisadores não sabem por que isso acontece.
No presente estudo, os autores apostam em uma família de supercondutores não convencionais pouco estudados chamados de “cupratos”. Ao lançar luz ultravioleta sobre o material, a equipe percebeu que seus elétrons se mostraram resistentes à ejeção, o que resultou em uma “lacuna de energia” que permaneceu até 150 Kelvin, o que é uma evidência de que os elétrons estão emparelhados em temperaturas superiores à resistência zero em quase 25 graus. Kelvin.
Paradoxalmente, o emparelhamento foi mais forte nas amostras mais isolantes. O próximo passo é testar esta lacuna de emparelhamento em novas famílias de supercondutores.
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