p Imagine telefones e laptops que nunca esquentam ou redes elétricas que nunca perdem energia. Este é o sonho dos cientistas que trabalham com os chamados supercondutores de alta temperatura, que pode transportar sem esforço correntes elétricas sem resistência. Os primeiros materiais supercondutores de alta temperatura, chamados cuprates, foram descobertos na década de 1980 e mais tarde seriam objeto de um Prêmio Nobel. O termo "alta temperatura" é relativo - esses materiais operam em temperaturas geladas de até 135 graus Celsius negativos, um pouco mais alto do que suas contrapartes tradicionais, que funcionam em temperaturas ainda mais frias perto do zero absoluto (menos 273 graus Celsius). p Apesar do fato de que supercondutores de alta temperatura foram descobertos há três décadas, os pesquisadores ainda estão coçando a cabeça sobre como os materiais funcionam. Os cientistas sabem que a resposta está relacionada aos elétrons que se unem aos pares, como se estivessem colados, mas a natureza da "cola" do elétron que os une é desconhecida. Localizar a cola pode levar à criação de materiais supercondutores à temperatura ambiente e abrir caminho para computadores que economizam energia e uma série de outras inovações, como trens levitando.

p Garnet Chan da Caltech, Bren Professor de Química, está tentando resolver o problema com uma abordagem ligeiramente diferente:a química quântica. Ele e seus colegas desenvolvem simulações numéricas que, usando as equações da mecânica quântica, mapeie os movimentos fluidos dos elétrons em vários materiais. Em um novo artigo na revista Ciência , eles mostraram que os materiais supercondutores de alta temperatura se organizam em um padrão listrado de cargas - o que Chan e seus colegas chamam de "rios de carga" - pouco antes de se tornarem supercondutores. Ao realizar simulações numéricas incrivelmente precisas, Chan e seus colaboradores conseguiram descartar todos os outros padrões de acusações de candidatos em favor do estado listrado.

p Eles examinaram ainda o que acontece quando as listras são comprimidas, um cenário que provavelmente ocorrerá a partir das flutuações naturais dos padrões, e descobri que os elétrons se juntaram espontaneamente. Em outras palavras, os rios de carga estão intimamente relacionados à tão procurada cola de elétrons. Essa descoberta representa uma pista significativa na corrida para resolver o problema da supercondutividade em alta temperatura.

p "Gosto de problemas nos quais as pessoas batem cabeça há décadas, e acho que muitos cientistas concordariam que a supercondutividade de alta temperatura é provavelmente um dos fenômenos mais desconcertantes observados em materiais, "diz Chan." Embora a possibilidade de comportamento listrado tenha sido levantada anteriormente, era apenas um entre uma infinidade de padrões concorrentes de candidatos. Além disso, as pessoas não tinham ideia se essas listras eram boas ou não para a supercondutividade ou de fato eliminavam o estado supercondutor. Nossos resultados não apenas mostram que as listras são reais, mas que têm uma conexão íntima com o surgimento da supercondutividade. "

p No novo estudo, Chan e colaboradores em várias instituições usaram quatro tipos muito diferentes de métodos numéricos para simular materiais supercondutores de alta temperatura. Em geral, os cientistas descrevem esses materiais usando o modelo de Hubbard, um modelo matemático desenvolvido na década de 1960 que explica o comportamento eletrônico de muitos materiais - em particular aqueles que exibem supercondutividade em alta temperatura. Embora as equações do modelo de Hubbard sejam relativamente simples, resolvê-los para o comportamento dos elétrons requer poder de computação. É aí que os novos métodos numéricos ajudaram:eles previram como os elétrons são organizados nos materiais com maior precisão, e eles mostraram que as cargas se organizam espontaneamente em padrões listrados.

p “Fornecemos uma solução numérica definitiva para um dos modelos mais importantes da física da matéria condensada, que tem fortes conexões com supercondutividade de alta temperatura, "diz Bo-Xiao Zheng, autor principal do estudo e ex-aluno de doutorado em Caltech e Princeton. "O que mais, usamos quatro simulações numéricas independentes para chegar à mesma conclusão - uma verificação cruzada necessária, dados os comportamentos complexos possíveis nesses materiais. "

p "Isso coloca uma peça importante no quebra-cabeça de como funcionam os supercondutores de alta temperatura, "diz Chan." Por sua vez, isso fornece otimismo de que um dia um entendimento completo será possível. "