Por anos, os físicos assumiram que os pares de Cooper, os duos de elétrons que permitem aos supercondutores conduzir eletricidade sem resistência, eram pôneis de dois truques. Os pares ou deslizam livremente, criando um estado supercondutor, ou criar um estado de isolamento bloqueando dentro de um material, incapaz de se mover.

Mas em um novo artigo publicado em Ciência , uma equipe de pesquisadores mostrou que os pares Cooper também podem conduzir eletricidade com alguma resistência, como os metais normais fazem. As descobertas descrevem um estado inteiramente novo da matéria, os pesquisadores dizem, isso exigirá uma nova explicação teórica.

"Houve evidências de que esse estado metálico surgiria em supercondutores de película fina à medida que eram resfriados em direção à temperatura de supercondutor, mas se esse estado envolvia ou não pares de Cooper era uma questão em aberto, "disse Jim Valles, professor de física na Brown University e autor correspondente do estudo. "Desenvolvemos uma técnica que nos permite testar essa questão e mostramos isso, na verdade, Os pares da Cooper são responsáveis ​​pelo transporte da carga neste estado metálico. O que é interessante é que ninguém tem certeza em um nível fundamental de como eles fazem isso, portanto, essa descoberta exigirá um pouco mais de trabalho teórico e experimental para entender exatamente o que está acontecendo. "

Os pares de Cooper são nomeados em homenagem a Leon Cooper, um professor de física na Brown que ganhou o Prêmio Nobel em 1972 por descrever seu papel na habilitação da supercondutividade. A resistência é criada quando os elétrons se movimentam na estrutura atômica de um material à medida que se movem. Mas quando os elétrons se juntam para se tornarem pares de Cooper, eles passam por uma transformação notável. Os elétrons por si só são férmions, partículas que obedecem ao princípio de exclusão de Pauli, o que significa que cada elétron tende a manter seu próprio estado quântico. Pares de Cooper, Contudo, agem como bósons, que podem felizmente compartilhar o mesmo estado. Esse comportamento bosônico permite aos pares de Cooper coordenar seus movimentos com outros conjuntos de pares de Cooper de uma forma que reduz a resistência a zero.

Em 2007, Valles, trabalhando com o professor de física e engenharia da Brown Jimmy Xu, mostraram que os pares de Cooper também podem produzir estados de isolamento, bem como supercondutividade. Em materiais muito finos, em vez de se mover em conjunto, os pares conspiram para ficar no lugar, encalhado em pequenas ilhas dentro de um material e incapaz de pular para a próxima ilha.

Para este novo estudo, Valles, Xu e colegas na China procuraram pares de Cooper no estado metálico não supercondutor usando uma técnica semelhante à que revelou os isoladores de pares de Cooper. A técnica envolve a padronização de um supercondutor de filme fino - neste caso, um óxido de ítrio e cobre e ítrio supercondutor de alta temperatura (YBCO) - com matrizes de orifícios minúsculos. Quando o material tem uma corrente passando por ele e é exposto a um campo magnético, portadores de carga no material orbitarão os buracos como água circulando em um ralo.

"Podemos medir a frequência com que essas cargas circulam, "Valles disse." Neste caso, descobrimos que a frequência é consistente com a existência de dois elétrons circulando ao mesmo tempo, em vez de apenas um. Portanto, podemos concluir que os portadores de carga neste estado são pares de Cooper e não elétrons individuais. "

A ideia de que pares de Cooper semelhantes a bósons são responsáveis ​​por este estado metálico é uma surpresa, os pesquisadores dizem, porque há elementos da teoria quântica que sugerem que isso não deveria ser possível. Então, entender o que está acontecendo neste estado pode levar a uma nova e empolgante física, mas serão necessárias mais pesquisas.

Felizmente, os pesquisadores dizem, o fato de que esse fenômeno foi detectado em um supercondutor de alta temperatura tornará as pesquisas futuras mais práticas. YBCO começa a superconduzir em torno de -181 graus Celsius, e a fase metálica começa em temperaturas um pouco acima disso. Que muito frio, mas é muito mais quente do que outros supercondutores, que estão ativos logo acima do zero absoluto. Essa temperatura mais alta facilita o uso da espectroscopia e outras técnicas que visam entender melhor o que está acontecendo nesta fase metálica.

Na estrada, os pesquisadores dizem, talvez seja possível aproveitar esse estado de metal bosônico para novos tipos de dispositivos eletrônicos.

"O problema dos bósons é que eles tendem a estar mais em um estado de onda do que os elétrons, então falamos sobre eles terem uma fase e criando interferência da mesma forma que a luz, "Valles disse." Portanto, pode haver novas modalidades para mover cargas em dispositivos, brincando com a interferência entre os bósons.

Mas para agora, os pesquisadores estão felizes por terem descoberto um novo estado da matéria.

"A ciência se baseia em descobertas, "Xu disse, "e é ótimo ter descoberto algo completamente novo."