Dependendo da perspectiva escolhida, um cálculo teórico pode descrever a física observada com mais ou menos precisão. Em 2015, Alessandro Toschi do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien e sua equipe, dentro de uma cooperação internacional, desenvolveram um método teórico que pode ser usado para determinar a melhor maneira de analisar questões não resolvidas em física do estado sólido.
Desde então, a equipe de pesquisa desenvolveu ainda mais esse método de diagnóstico e recentemente o aplicou a supercondutores não convencionais, juntamente com pesquisadores da Universidade de Michigan em Ann Arbor e do Instituto Max Planck para Pesquisa de Estado Sólido em Stuttgart. Os pesquisadores publicaram recentemente seus resultados na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ).

A ideia por trás desse método pode ser melhor ilustrada usando uma analogia:na mecânica clássica, existem várias maneiras de descrever o movimento dos corpos celestes. Se considerarmos a Terra como o centro do sistema solar, por exemplo, a descrição rapidamente se torna confusa e complicada. Mas se colocarmos o sol no centro do modelo, a descrição teórica torna-se muito mais elegante e significativa.

A situação é semelhante com os vários mecanismos concorrentes que conduzem a física dos supercondutores não convencionais. Sua resistência elétrica – assim como com supercondutores convencionais – cai abruptamente para zero abaixo de um certo nível de temperatura, o que torna possível conduzir e armazenar eletricidade sem perda. Para realizar esse estado especial, os elétrons do sólido devem se unir em pares, apesar da repulsão mútua. Esse fenômeno físico puramente quântico pode ser desencadeado por vários mecanismos. Enquanto em supercondutores convencionais, a interação entre os elétrons e as vibrações atômicas desempenha um papel central, esse efeito geralmente é insignificante em supercondutores não convencionais. Aqui, a interação repulsiva entre os elétrons é de maior importância.

Teoria e prática

Por muito tempo, porém, foi discutido por qual mecanismo microscópico essa repulsão entre os elétrons é superada e, assim, os pares podem ser formados - a chamada "cola de emparelhamento", como explica Alessandro Toschi. Em particular, a questão é que tipo de flutuação (por exemplo, spin ou carga) mantém os pares de elétrons juntos em supercondutores não convencionais. "Os colegas da Universidade de Michigan, portanto, queriam analisar seus resultados para um cálculo destinado à classe de materiais cupratos usando nosso método de diagnóstico", relata Toschi. Esses supercondutores não convencionais, cuja estrutura cristalina contém ânions de cobre, foram descobertos em 1986 e intrigam a física desde então.

A questão central que os pesquisadores queriam responder é em qual formulação a física da supercondutividade não convencional é mais transparente. Isso corresponde a identificar quais flutuações são responsáveis ​​pela ligação do par de elétrons. "Finalmente conseguimos mostrar que as flutuações de spin (antiferromagnéticas) são as que estão por trás da física dos supercondutores não convencionais. Por outro lado, se você mudar a perspectiva e focar nas flutuações de carga, obterá uma representação borrada e essencialmente inútil da física subjacente", diz Alessandro Toschi. Para ficar com a analogia do sistema solar, as flutuações de rotação correspondem a esse sistema de referência no qual o sol é colocado no centro.

Embora apenas os cupratos tenham sido investigados no presente estudo, esses resultados provavelmente também podem ser transferidos para a classe de materiais dos niquelados, que, como os cupratos, pertencem à classe dos supercondutores não convencionais.

O mistério foi resolvido

Com esse resultado, a equipe de pesquisa não só contribui para um melhor entendimento do mecanismo dos supercondutores não convencionais. A constatação de que as flutuações de spin são o fator decisivo também permite simplificar futuros cálculos teóricos, permitindo previsões mais precisas. "Antes, nosso método era apenas uma ferramenta teórica. Ao fazer a conexão prática, o método surgiu como uma das aplicações mais importantes para um problema que a comunidade científica tenta resolver há quase 40 anos", resume Alessandro Toschi . "Nossa ferramenta de diagnóstico fornece respostas inequívocas para questões anteriormente em aberto."

Mas a sociedade também pode se beneficiar das descobertas fundamentais – do ponto de vista da perspectiva. Se os supercondutores puderem ser usados ​​em temperaturas mais altas e pressão normal no futuro, eles poderão contribuir para resolver o problema de armazenamento de energia, que é um fator limitante no uso de energias renováveis. + Explorar mais

Janela em escala atômica para supercondutividade abre caminho para novos materiais quânticos