Num avanço que poderá aprofundar a nossa compreensão da supercondutividade, uma equipa de físicos conseguiu capturar os primeiros instantâneos de pares de férmions – os blocos básicos de construção dos supercondutores. Esta conquista fornece informações cruciais sobre como os elétrons interagem e formam os pares de Cooper responsáveis ​​pelas propriedades notáveis ​​dos supercondutores, como a sua capacidade de conduzir eletricidade com resistência zero.

Publicada na revista Nature, a pesquisa foi conduzida por cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech). Usando uma combinação de tecnologias de ponta, incluindo um gás atômico ultrafrio e técnicas de imagem de alta resolução, a equipe foi capaz de criar e observar pequenas nuvens de átomos fermiônicos interagindo e formando pares.

No cerne da supercondutividade está o fenômeno do “emparelhamento”. Quando certos materiais são resfriados abaixo de uma temperatura crítica, alguns de seus elétrons começam a emparelhar-se para formar pares de Cooper. Esses pares movem-se em perfeita sincronia, perdendo efetivamente suas identidades individuais e comportando-se como uma entidade única e coerente. Este estado “superfluido” permite que os elétrons fluam sem qualquer resistência, tornando os supercondutores inestimáveis ​​em diversas aplicações, desde transmissão de energia até imagens médicas.

“O mistério de como os pares se formam cativou os físicos durante décadas”, explica o professor Caltech, principal autor do estudo. "Os instantâneos que obtivemos nos ajudam a visualizar e compreender os processos dinâmicos envolvidos no emparelhamento de Cooper e a estabelecer as bases para estudar sistemas de matéria condensada mais complexos, como aqueles encontrados em supercondutores de alta temperatura."

Nas suas experiências, os físicos do Caltech usaram um gás composto por átomos de itérbio arrefecidos a temperaturas ultrafrias, próximas do zero absoluto. Ao controlar as interações entre os átomos com pulsos de laser precisos, eles foram capazes de produzir nuvens de pares de férmions consistindo de dois átomos cada. À medida que estes pares se expandiam e se dispersavam, os investigadores capturaram imagens excelentes usando um sistema de imagem de alta resolução.

As imagens obtidas revelaram claramente a distribuição espacial dos pares de férmions, incluindo seu momento e estados de energia. Estas observações detalhadas permitiram aos físicos compreender a física subjacente ao processo de emparelhamento e as suas implicações para a supercondutividade.

À medida que uma maior compreensão do emparelhamento de Cooper e da supercondutividade é alcançada, abre-se o potencial para o desenvolvimento de novos materiais supercondutores com maior eficiência e desempenho. Isto poderia revolucionar indústrias em todo o espectro, melhorando as redes elétricas, melhorando os dispositivos de imagiologia médica e alimentando futuros sistemas ferroviários de alta velocidade. A investigação apresentada na Nature representa um avanço significativo nesta busca, inaugurando uma nova era de exploração no mundo da supercondutividade.