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A supercondutividade é um fenômeno fascinante, que permite que um material sustente uma corrente elétrica sem nenhuma perda. Esse comportamento quântico coletivo da matéria só aparece em certos condutores em temperaturas muito abaixo da ambiente.
Vários estudos modernos investigaram esse comportamento nos chamados estados de não equilíbrio, ou seja, em situações nas quais o material é empurrado para longe do equilíbrio térmico. Nessas condições, parece que pelo menos algumas das características da supercondutividade podem ser recriadas mesmo em temperaturas ambientes. Essa supercondutividade de alta temperatura de não equilíbrio, que se mostra existir sob irradiação com um pulso de laser, pode ser útil para aplicações diferentes daquelas previstas para a versão estacionária da supercondutividade, como por exemplo em dispositivos de alta velocidade controlados por pulsos de laser.
Esse fenômeno foi denominado “supercondutividade induzida pela luz”, sinalizando uma analogia com sua contraparte de equilíbrio.
Uma fronteira importante na última década foi caracterizar as propriedades de um desses estados supercondutores induzidos pela luz e entender até que ponto essa fase reproduz as propriedades conhecidas de um supercondutor convencional.
Além de serem capazes de transportar correntes elétricas sem perdas, os supercondutores também são conhecidos por expelir campos magnéticos de seu interior. Esse fenômeno, conhecido em condições de equilíbrio como efeito Meissner, é uma consequência direta da coerência mútua dos portadores de carga e de sua tendência a marchar em sincronia. No entanto, medir a expulsão de campos magnéticos para supercondutividade induzida por luz tem sido desafiador, porque o efeito persiste apenas por alguns picossegundos (um trilionésimo de segundo), tornando impossível medir mudanças no campo magnético com precisão.
Uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria (MPSD) em Hamburgo, Alemanha, liderada por Andrea Cavalleri, desenvolveu um novo experimento capaz de monitorar as propriedades magnéticas de supercondutores em velocidades muito rápidas. Eles trabalharam em YBa irradiado a laser2Com3O6+xum composto para o qual a supercondutividade estática é vista apenas até cerca de -200 graus Celsius. “Descobrimos que o YBa fotoexcitado2Com3O6,48além de apresentar resistência próxima de zero, também expele um campo magnético estático de seu interior”, diz Sebastian Fava, autor do artigo agora publicado na Natureza.
Este experimento foi possível ao colocar um cristal espectador próximo à amostra sob investigação e usá-lo para medir a intensidade do campo magnético local. O cristal reflete mudanças no campo magnético em mudanças no estado de polarização de um pulso de laser de femtossegundo. “Devido à curta duração do pulso da sonda, podemos reconstruir a evolução temporal do campo magnético ao redor do YBa2Com3O6,48amostra com resolução de subpicosegundos e sensibilidade sem precedentes”, diz Giovanni de Vecchi, um dos coautores.
“A expulsão do campo magnético fotoinduzido que observamos é comparável em tamanho à medida quando YBa2Com3O6+x torna-se supercondutor no equilíbrio pelo resfriamento”, acrescenta a colega autora Michele Buzzi. “Isso sugere que conduzir o material pode até ser uma rota eficaz para aproximar suas propriedades supercondutoras das condições ambientais”, continua o coautor Gregor Jotzu, agora membro do corpo docente da EPFL e chefe do Dynamic Quantum Materials Laboratory. Como um consenso sobre a origem microscópica da supercondutividade induzida pela luz em YBa2Com3O6,48 ainda está faltando, esses resultados são uma referência importante para as teorias atuais.
Em YBa2Com3O6+xa ordem supercondutora não desaparece completamente acima da temperatura de transição supercondutora de equilíbrio e alguma ordem supercondutora flutuante local permanece, algo semelhante a um estado desordenado. Essas descobertas inovadoras sugerem que a fotoexcitação de YBa2Com3O6+xcom pulsos de luz personalizados podem ser usados para sincronizar esse estado flutuante e restaurar a ordem supercondutora em temperaturas muito mais altas do que aquelas nas quais o material se torna supercondutor em equilíbrio, até a temperatura ambiente.
A pesquisa no MPSD recebeu apoio financeiro da Deutsche Forschungsgemeinschaft por meio do Cluster of Excellence CUI: Imagem Avançada da Matéria. O MPSD é membro do Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), uma joint venture com o DESY e a Universidade de Hamburgo. A pesquisa foi realizada em colaboração próxima com cientistas do Max Planck Institute for Solid State Research (MPI-FKF).
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