Os cientistas que mapearam as características quânticas dos supercondutores - materiais que conduzem eletricidade sem perda de energia - entraram em um novo regime. Usando ferramentas recém-conectadas chamadas OASIS no Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA, eles descobriram detalhes anteriormente inacessíveis do "diagrama de fases" de um dos supercondutores de "alta temperatura" mais comumente estudados. Os dados recém-mapeados incluem sinais do que acontece quando a supercondutividade desaparece.

“Em termos de supercondutividade, isso pode soar ruim, mas se você estudar algum fenômeno, é sempre bom poder abordá-lo desde a origem, "disse o físico de Brookhaven Tonica Valla, que liderou o estudo acaba de publicar na revista Nature Communications . "Se você tiver a chance de ver como a supercondutividade desaparece, isso, por sua vez, pode dar uma visão sobre o que causa a supercondutividade em primeiro lugar. "

Desvendar os segredos da supercondutividade é uma grande promessa para enfrentar os desafios de energia. Materiais capazes de transportar corrente por longas distâncias sem perdas revolucionariam a transmissão de energia, eliminar a necessidade de resfriar data centers repletos de computadores, e levar a novas formas de armazenamento de energia, por exemplo. O problema é que, Atualmente, supercondutores mais conhecidos, até mesmo as variedades de "alta temperatura", eles próprios devem ser mantidos super frios para realizar sua mágica carregadora de corrente. Então, cientistas têm tentado entender as principais características que causam a supercondutividade nesses materiais com o objetivo de descobrir ou criar novos materiais que possam operar em temperaturas mais práticas para essas aplicações cotidianas.

A equipe de Brookhaven estava estudando um conhecido supercondutor de alta temperatura feito de camadas que incluem óxido de bismuto, óxido de estrôncio, cálcio, e óxido de cobre (abreviado como BSCCO). A clivagem dos cristais desse material cria superfícies de óxido de bismuto imaculadas. Quando eles analisaram a estrutura eletrônica da superfície clivada imaculada, eles viram sinais reveladores de supercondutividade a uma temperatura de transição (Tc) de 94 Kelvin (-179 graus Celsius) - a temperatura mais alta em que a supercondutividade se estabelece para este material bem estudado.

A equipe então aqueceu amostras em ozônio (O3) e descobriu que eles poderiam atingir altos níveis de dopagem e explorar porções anteriormente inexploradas do diagrama de fase deste material, que é um gráfico semelhante a um mapa que mostra como o material muda suas propriedades em diferentes temperaturas sob diferentes condições (semelhante à maneira como você pode mapear as coordenadas de temperatura e pressão em que a água líquida congela quando é resfriada, ou mudanças para vapor quando aquecido). Nesse caso, a variável em que os cientistas estavam interessados ​​era em quantas vagas de carga, ou "buracos, " foi adicionado, ou "dopado" no material pela exposição ao ozônio. Os orifícios facilitam o fluxo da corrente, dando às cargas (elétrons) um lugar para ir.

"Para este material, se você começar com o cristal do composto 'pai', que é um isolante (o que significa sem condutividade), a introdução de furos resulta em supercondutividade, "Valla disse. À medida que mais buracos são adicionados, a supercondutividade fica mais forte e em temperaturas mais altas até um máximo de 94 Kelvin, ele explicou. "Então, com mais buracos, o material se torna 'superdopado, 'e Tc desce - para este material, a 50 K.

"Até este estudo, nada além desse ponto era conhecido porque não podíamos obter cristais dopados acima desse nível. Mas nossos novos dados nos levam a um ponto de dopagem muito além do limite anterior, a um ponto onde Tc não é mensurável. "

Disse Valla, "Isso significa que agora podemos explorar toda a curva em forma de cúpula de supercondutividade neste material, que é algo que ninguém foi capaz de fazer antes. "

A equipe criou amostras aquecidas no vácuo (para produzir material subdopado) e em ozônio (para fazer amostras superdopadas) e pontos plotados ao longo de toda a cúpula supercondutora. Eles descobriram algumas características interessantes no anteriormente inexplorado "outro lado" do diagrama de fases.

"O que vimos é que as coisas se tornaram muito mais simples, "Valla disse. Algumas das características mais peculiares que existem no lado bem explorado do mapa e complicam a compreensão dos cientistas da supercondutividade de alta temperatura - coisas como um" pseudogap "na assinatura eletrônica, e variações no spin das partículas e densidades de carga - desaparecem do outro lado superdopado da cúpula.

"Este lado do diagrama de fase é um pouco parecido com o que esperamos ver na supercondutividade mais convencional, "Valla disse, referindo-se aos mais antigos supercondutores à base de metal conhecidos.

"Quando a supercondutividade está livre dessas outras coisas que complicam o quadro, então o que resta é a supercondutividade que talvez não seja tão anticonvencional, "acrescentou." Podemos ainda não saber sua origem, mas neste lado do diagrama de fase, parece algo que a teoria pode lidar com mais facilidade, e oferece uma maneira mais simples de encarar o problema para tentar entender o que está acontecendo. "