Supercondutores à temperatura ambiente podem transformar tudo, desde redes elétricas até aceleradores de partículas e computadores, mas os pesquisadores ainda estão tentando entender como esses materiais funcionam no nível atômico.
Recentemente, o físico do estado da Carolina do Norte, Lex Kemper, foi membro de uma equipe internacional que publicou um artigo na revista Science sobre as propriedades únicas de um material chamado óxido de cobre de ítrio e bário, ou YBCO.

A equipe descobriu que a supercondutividade do YBCO está entrelaçada de maneiras inesperadas com outro fenômeno conhecido como ondas de densidade de carga (CDWs), ou ondulações na densidade de elétrons no material. Esses CDWs ficam mais fortes quando a supercondutividade do YBCO é desligada. No entanto, eles ficaram surpresos ao descobrir que os CDWs também se tornaram mais organizados espacialmente, sugerindo que a supercondutividade de alguma forma molda fundamentalmente a forma dos CDWs em nanoescala.

Então o que isso quer dizer? The Abstract pediu a Kemper para compartilhar seus insights.

TA:A busca por supercondutores de temperatura ambiente pode transformar muitas indústrias. Neste artigo, você observou a conexão entre a supercondutividade e as ondas de densidade de carga em um material chamado YBCO. Vamos começar com algumas definições básicas — o que dá supercondutividade a um material?

Kemper:Esta é uma pergunta muito boa. Sabemos pela teoria BCS que a supercondutividade pode acontecer porque dois elétrons podem interagir indiretamente por meio de vibrações de rede, uma espécie de força. Eles formam um par ligado chamado par de Cooper, e quando todos os elétrons relevantes no material fazem isso, você obtém um estado chamado supercondutividade. Agora, essa teoria não é diretamente aplicável ao YBCO – e isso estimulou várias décadas de pesquisa para descobrir o que está acontecendo nesses materiais. Atualmente, o que pensamos é que a força de ligação é fornecida por flutuações magnéticas no material, em vez de vibrações da rede.

TA:O que é uma onda de densidade de carga?

Kemper:Imagine que você tem uma fila de pessoas, todas igualmente espaçadas – essa é sua estrutura inicial. Agora, faça com que cada conjunto de duas pessoas se junte e fique um pouco mais próximo - essa é a maneira mais fácil de ver uma onda de densidade de carga. Em essência, é um padrão adicional em cima do que já existia. No YBCO, pensamos que esse padrão adicional ocorre devido aos elétrons agindo sozinhos, em vez dos átomos estarem envolvidos.

TA:Quando você usou pulsos de laser para 'desligar' a supercondutividade no YBCO, você notou que as ondas de densidade de carga ficaram mais fortes e mais organizadas, o que significa que as ondas de supercondutividade e densidade de carga estão de alguma forma conectadas em nanoescala. O que isso significa?

Kemper:O que este estudo mostrou não é tanto um caminho para encontrar ou criar supercondutores de alta temperatura; em vez disso, é um passo na compreensão da física fundamental em jogo. Descobrimos que suprimir a supercondutividade faz com que as ondas de densidade de carga mantenham seu padrão em escalas de comprimento muito maiores – indicando que elas competem, mas de maneira estruturada em nanoescala. Isso lança uma nova luz sobre o problema da ordem coexistente/entrelaçada que vemos nesses materiais.

TA:Por que essa ordem entrelaçada é considerada um 'problema' ou algo que precisamos estudar mais? Nós simplesmente não entendemos por que/como isso ocorre? Isso interfere em nossa capacidade de explorar certas propriedades do material?

Kemper:Em suma, não temos uma compreensão sólida de por que esse material é supercondutor, por que exibe onda de densidade de carga, muito menos a combinação desses dois! Uma boa maneira de entender algo em física é perturbá-lo um pouco e ver como ele responde (é assim que quase todos os experimentos funcionam, e também como surgem muitas propriedades dos materiais). Neste caso, perturbamos com um pulso de laser ultrarrápido e observamos a dinâmica resultante – o que nos disse algo novo que não sabíamos antes. Neste caso, revelou a existência de uma espécie de padronização em nanoescala, e descartou várias outras opções de padronização (nanoescala ou não).

TA:Quais são os próximos passos deste trabalho?

Kemper:Os próximos passos são refinar o experimento e a teoria, e tentar encontrar novas formas de encarar este problema. Mais amplamente, esperamos que o campo incorpore este trabalho em como eles pensam sobre a física fundamental das ondas de densidade de carga e supercondutividade nesses materiais.

TA:Você acha que teremos supercondutores utilizáveis ​​à temperatura ambiente em um futuro próximo?

Kemper:Esta é uma pergunta muito boa. Espero que sim. O que espero é que, se ocorrer, venha de um canto inesperado do vasto oceano de possibilidades que ainda não exploramos. + Explorar mais

Colaboração revela interação entre ordem de carga e supercondutividade em nanoescala