Supercondutores de alta temperatura, que transportam eletricidade com resistência zero a temperaturas muito mais altas do que os materiais supercondutores convencionais, geraram muito entusiasmo desde sua descoberta, há mais de 30 anos, devido ao seu potencial para revolucionar tecnologias como trens maglev e linhas de transmissão de longa distância. Mas os cientistas ainda não entendem como eles funcionam.

Uma peça do quebra-cabeça é o fato de que ondas de densidade de carga - faixas estáticas de maior e menor densidade de elétrons passando por um material - foram encontradas em uma das principais famílias de supercondutores de alta temperatura, os cupratos à base de cobre. Mas essas faixas de carga aumentam a supercondutividade, suprimi-lo ou desempenhar algum outro papel?

Em estudos independentes, duas equipes de pesquisa relatam avanços importantes na compreensão de como as listras de carga podem interagir com a supercondutividade. Ambos os estudos foram realizados com raios-X no Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia.

Detalhe requintado

Em um artigo publicado hoje em Avanços da Ciência , pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (UIUC) usaram o laser de elétrons livres de raios-X Linac Coherent Light Source (LCLS) da SLAC para observar as flutuações nas ondas de densidade de carga em um supercondutor cuprato.

Eles perturbaram as ondas de densidade de carga com pulsos de um laser convencional e, em seguida, usaram RIXS, ou espalhamento inelástico de raios-X ressonante, para ver as ondas se recuperarem em um período de alguns trilionésimos de segundo. Este processo de recuperação se comportou de acordo com uma lei de escala dinâmica universal:Era o mesmo em todas as escalas, tanto quanto um padrão fractal parece o mesmo se você aumentar ou diminuir o zoom.

Com LCLS, os cientistas foram capazes de medir, pela primeira vez e com detalhes requintados, exatamente a que distância e com que rapidez as ondas de densidade de carga flutuaram. Para sua surpresa, a equipe descobriu que as flutuações não eram como o toque de um sino ou o ricochete de um trampolim; em vez de, eram mais como a difusão lenta de um xarope - um análogo quântico do comportamento do cristal líquido, que nunca tinha sido visto antes em um sólido.

"Nossos experimentos no LCLS estabelecem uma nova maneira de estudar as flutuações nas ondas de densidade de carga, o que pode levar a uma nova compreensão de como funcionam os supercondutores de alta temperatura, "diz Matteo Mitrano, Pesquisador de pós-doutorado no grupo do professor Peter Abbamonte na UIUC.

Esta equipe também incluiu pesquisadores da Universidade de Stanford, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e o Laboratório Nacional de Brookhaven.

Arranjos ocultos

Outro estudo, relatado no mês passado em Nature Communications , usaram raios-X do Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) da SLAC para descobrir dois tipos de arranjos de onda de densidade de carga, fazendo uma nova ligação entre essas ondas e a supercondutividade de alta temperatura.

Liderado pelo cientista do SLAC Jun-Sik Lee, a equipe de pesquisa usou RSXS, ou espalhamento ressonante de raios-X suave, para observar como a temperatura afetou as ondas de densidade de carga em um supercondutor de cuprato.

"Isso resolve uma incompatibilidade de dados de experimentos anteriores e traça um novo curso para mapear totalmente o comportamento dos elétrons nesses materiais supercondutores exóticos, "Lee diz.

"Acredito que explorar arranjos novos ou ocultos, bem como seus fenômenos entrelaçados, irá contribuir para a nossa compreensão da supercondutividade de alta temperatura em cupratos, que informará os pesquisadores em sua busca para projetar e desenvolver novos supercondutores que funcionam em temperaturas mais quentes. "