Supercondutores não convencionais contêm uma série de fases exóticas da matéria que se acredita que desempenham um papel, para melhor ou pior, em sua capacidade de conduzir eletricidade com 100% de eficiência em temperaturas muito mais altas do que os cientistas pensaram ser possível, embora ainda muito aquém das temperaturas que permitiriam sua ampla implantação em linhas de energia perfeitamente eficientes, trens maglev e assim por diante.

Agora, os cientistas do Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia vislumbraram a assinatura de uma dessas fases, conhecido como ondas de densidade de par ou PDW, e confirmou que está entrelaçado com outra fase conhecida como listras de onda de densidade de carga (CDW) - padrões de onda de densidade de elétrons mais alta e mais baixa no material.

Observar e compreender o PDW e suas correlações com outras fases pode ser essencial para a compreensão de como a supercondutividade emerge nestes materiais, permitindo que os elétrons se emparelhem e viajem sem resistência, disse Jun-Sik Lee, um cientista da equipe do SLAC que liderou a pesquisa no laboratório Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL).

Mesmo a evidência indireta da fase PDW entrelaçada com faixas de carga, ele disse, é um passo importante no longo caminho para a compreensão do mecanismo por trás da supercondutividade não convencional, que iludiu os cientistas ao longo de mais de 30 anos de pesquisa.

Lee acrescentou que o método que sua equipe usou para fazer essa observação, que envolveu o aumento dramático da sensibilidade de uma técnica de raio-X padrão conhecida como espalhamento ressonante suave de raios-X (RSXS) para que pudesse ver os sinais extremamente fracos emitidos por esses fenômenos, tem potencial para avistar diretamente a assinatura PDW e suas correlações com outras fases em experimentos futuros. É nisso que eles planejam trabalhar a seguir.

Os cientistas descreveram suas descobertas em Cartas de revisão física .

Desvendando segredos de supercondutores

A existência da fase PDW em supercondutores de alta temperatura foi proposta há mais de uma década e se tornou uma área de pesquisa interessante, com teóricos desenvolvendo modelos para explicar como funciona e experimentalistas procurando por ele em uma variedade de materiais.

Neste estudo, os pesquisadores foram procurá-lo em um óxido de cobre, ou cuprate, material conhecido como LSCFO para os elementos que ele contém - lantânio, estrôncio, cobre, ferro e oxigênio. Acredita-se que ele hospede duas outras fases que podem se entrelaçar com o PDW:listras de onda de densidade de carga e listras de onda de densidade de spin.

A natureza e o comportamento das listras de carga e rotação foram explorados em uma série de estudos, mas houve apenas alguns vislumbres indiretos de PDW - muito parecido com a identificação de um animal de seus rastros - e nenhum feito com técnicas de espalhamento de raios-X. Como o espalhamento de raios-X revela o comportamento de uma amostra inteira de uma vez, é considerada a maneira mais promissora de esclarecer se o PDW existe e como ele se relaciona com outras fases-chave em cupratos, Lee disse.

Ao longo dos últimos anos, a equipe do SSRL trabalhou para aumentar a sensibilidade do RSXS para que ele pudesse capturar os sinais que estavam procurando.

O pesquisador de pós-doutorado Hai Huang e o engenheiro da equipe do SLAC Sang-Jun Lee usaram a técnica aprimorada neste estudo. Eles espalharam raios-X fora do LSCFO e em um detector, formando padrões que revelaram o que estava acontecendo dentro do material. Conforme eles caíram a temperatura do material em direção à sua faixa supercondutora, listras de spin apareceram e se entrelaçaram para formar listras de carga, e essas faixas de carga foram então associadas ao surgimento de flutuações bidimensionais que são a marca registrada do PDW.

Os pesquisadores disseram que esses resultados não apenas demonstram o valor da nova abordagem RSXS, mas também apoiam a possibilidade de que o PDW esteja presente não apenas neste material, mas em todos os cupratos supercondutores.