Por que alguns materiais transportam correntes elétricas sem qualquer resistência apenas quando resfriados até quase zero absoluto, enquanto outros o fazem em temperaturas comparativamente altas? Esta questão-chave continua a incomodar os cientistas que estudam o fenômeno da supercondutividade. Agora, uma equipe de pesquisadores do grupo de Andrea Cavalleri no Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria (MPSD) em Hamburgo forneceu evidências de que "faixas" de elétrons em certos compostos à base de cobre podem levar a uma quebra na simetria cristalina do material. , que persiste mesmo em seu estado supercondutor. Seu trabalho foi publicado em PNAS .
Concentrando-se em uma variedade de cupratos, a equipe investigou a coexistência e a competição de seu estado supercondutor com outras fases quânticas. Acredita-se que tais interações sejam cruciais para o desenvolvimento da supercondutividade de alta temperatura – um processo que continua sendo um dos problemas não resolvidos mais importantes da física da matéria condensada hoje.

Os pesquisadores expuseram vários cristais de cuprato, cultivados e caracterizados no Brookhaven National Labs, a pulsos de luz laser ultracurtos. Eles observaram como os materiais começaram a emitir um tipo específico de luz terahertz (THz) – uma técnica conhecida como espectroscopia de emissão THz.

Normalmente, essas emissões ocorrem apenas na presença de um campo magnético ou corrente de polarização. No entanto, a equipe do MPSD investigou os cupratos sem aplicar nenhum viés externo e descobriu emissão "anômala" de THz em alguns deles. Esses compostos apresentavam a chamada ordem de faixa de carga – onde os elétrons se organizam em padrões de cadeia em vez de se moverem livremente. A ordem da faixa de carga parece quebrar a simetria do cristal do material, assim como um campo magnético ou uma corrente aplicada faria, com essa quebra de simetria persistindo no estado supercondutor.

"Ao realizar experimentos em vários compostos", diz Daniele Nicoletti, principal autor do artigo, "ficamos muito surpresos ao encontrar uma emissão THz clara, coerente e quase de cor única em alguns supercondutores e, inversamente, uma total falta de resposta em outros. foram capazes de associar características de emissão de THz com razoável certeza com a presença de ordem de faixa de carga, uma fase ordenada peculiar encontrada em várias famílias de cupratos, que se acredita desempenhar um papel no mecanismo subjacente à supercondutividade de alta temperatura. para causar uma quebra de simetria no supercondutor, cuja presença não havia sido encontrada por outras técnicas experimentais no passado."

Em colaboração com físicos da Universidade de Harvard, ETH Zurich e a divisão teórica do MPSD, a equipe forneceu uma explicação detalhada para essa fenomenologia. A partir da observação de que a emissão coerente de THz ocorre muito perto da "frequência de plasma de Josephson", que é a frequência de tunelamento ressonante de pares de elétrons supercondutores nos planos cristalinos de cobre-oxigênio, os pesquisadores identificaram os chamados "plasmons de Josephson de superfície" como a fonte de emissão. Estes são análogos de ondas sonoras que se desenvolvem na interface entre o supercondutor e o ambiente externo. Em princípio, estes são modos "silenciosos", o que significa que não se acoplam diretamente com a luz e, portanto, não se espera que irradiem. No entanto, é precisamente a presença da modulação de carga introduzida pela ordem de faixas que fornece o acoplamento necessário com o mundo exterior e permite que esses modos acendam.

O trabalho da equipe fornece novos insights importantes sobre os processos que levam à supercondutividade de alta temperatura. Também revela a emissão anômala coerente de THz como uma ferramenta sensível para sondar a simetria de supercondutores na presença de outras fases. Os pesquisadores acham que ele deve ser aplicado a uma classe mais ampla de compostos no futuro, abrindo novas possibilidades para entender a física de interações complexas nesses materiais. + Explorar mais

Nova visão sobre supercondutividade não convencional