Os pesquisadores da UBC tiveram um vislumbre sem precedentes do nascimento da supercondutividade de alta temperatura em cupratos, resolvendo um debate científico e descobrindo novos caminhos para explorar o potencial de outros supercondutores não convencionais.

Para este estudo, pesquisadores estudaram supercondutores não convencionais cuprate, materiais que começam a transição para supercondutividade a uma temperatura recorde de cerca de -170 C. A maioria dos supercondutores convencionais requer temperaturas muito baixas em torno de zero absoluto ou -273 C. Os supercondutores exibem propriedades físicas surpreendentes - como levitação magnética ou transmissão de energia sem perdas - que podem levar a novas tecnologias.

Os cientistas há muito debatem o ingrediente-chave que permite que os cupratos se tornem supercondutores em altas temperaturas:a supercondutividade surge quando os elétrons se unem em pares, conhecidos como pares Cooper, ou quando esses pares estabelecem coerência de fase macroscópica?

Pesquisadores do Stewart Blusson Quantum Matter Institute (SBQMI) da UBC usaram um sistema de ponta, laser ultrarrápido financiado pela Fundação Gordon e Betty Moore para responder à pergunta.

A pesquisa indica que a presença de uma "cola" atrativa, ligando elétrons em pares, é necessário, mas não suficiente para estabilizar o estado supercondutor. Em vez, os pares da Cooper devem se comportar de forma coerente como um todo para estabelecer uma linha de comunicação, com uma única fase quântica macroscópica.

"Em termos gerais, você pode imaginar a coerência de fase semelhante a um grande conjunto de setas, todas alinhadas na mesma direção, "disse Fabio Boschini, autor principal do estudo e pós-doutorado no SBQMI. "Quando os pares Cooper, esboçado como setas, apontar em direções aleatórias, a coerência de fase foi perdida. "

A coerência de fase emerge em uma escala de tempo de algumas centenas de femtossegundos (um femtossegundo é igual a um quatrilionésimo de segundo). Aproveitando as fontes de laser pulsado e instalações no novo UBC-Moore Center da SBQMI para matéria quântica ultra-rápida, pesquisadores estabeleceram uma nova técnica de investigação para "observar" o que acontece com os elétrons do material durante essas escalas de tempo ultrarrápidas. O esforço revelou o papel fundamental da coerência de fase em conduzir a transição para o estado supercondutor de óxidos de cobre.

"Graças aos avanços muito recentes nas fontes de laser pulsado, estamos apenas começando a visualizar as propriedades dinâmicas dos materiais quânticos, "disse Andrea Damascelli, líder da equipe de pesquisa e diretor científico do SBQMI. "Ao aplicar essas técnicas pioneiras, nossa equipe de pesquisa tem como objetivo revelar os mistérios indescritíveis da supercondutividade de alta temperatura e outros fenômenos fascinantes da matéria quântica. "

O estudo foi publicado em Materiais da Natureza .