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Pesquisadores do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria (MPSD) em Hamburgo, Alemanha, há muito exploram o efeito do uso de unidades de laser personalizadas para manipular as propriedades de materiais quânticos fora do equilíbrio. Uma das demonstrações mais marcantes desta física ocorreu em supercondutores não convencionais, onde assinaturas de coerências eletrônicas aprimoradas e supertransporte foram documentadas nos estados de desequilíbrio resultantes. No entanto, estes fenômenos ainda não foram estudados ou otimizados sistematicamente, principalmente devido à complexidade dos experimentos. As aplicações tecnológicas estão, portanto, ainda muito distantes da realidade.
Em um experimento recente, esse mesmo grupo de pesquisadores descobriu uma maneira muito mais eficiente de criar um estado metaestável, semelhante a um supercondutor, observado anteriormente em K3C60 usando luz laser. O trabalho do grupo Cavalleri apareceu em Física da Natureza.
Os pesquisadores mostraram que, ao sintonizar a luz do laser para uma ressonância específica de baixa frequência, pulsos de luz muito menos potentes poderiam induzir o mesmo efeito em temperaturas muito mais altas. A tecnologia laser desenvolvida no Instituto foi fundamental para este trabalho. Ao ajustar a fonte de luz para 10 THz, uma frequência mais baixa do que anteriormente possível, a equipe recriou com sucesso o estado semelhante ao supercondutor de longa vida no material à base de fulereno, reduzindo a intensidade do pulso por um fator de 100. Este estado induzido pela luz foi observado diretamente que persiste à temperatura ambiente por 100 picossegundos, mas prevê-se que tenha uma vida útil de pelo menos 0,5 nanossegundos (um nanossegundo é um bilionésimo de segundo, um picossegundo um trilionésimo).
Suas descobertas lançam uma nova luz sobre o mecanismo microscópico subjacente na supercondutividade fotoinduzida, diz o autor principal Edward Rowe, um estudante de doutorado no grupo Cavalleri: “A identificação da frequência de ressonância permitirá aos teóricos entender quais excitações são realmente importantes, uma vez que há atualmente não há explicação teórica amplamente aceita deste efeito em K3C60.”
Rowe prevê que uma fonte de luz com uma taxa de repetição mais alta na frequência de 10 THz poderia ajudar a sustentar o estado metaestável por mais tempo: “Se pudéssemos entregar cada novo pulso antes que a amostra retornasse ao seu estado de equilíbrio não supercondutor, poderia ser possível sustentar continuamente o estado semelhante ao supercondutor.”
“Estas experiências são uma demonstração muito boa de como avanços adequados na tecnologia podem tornar aplicáveis muitos fenómenos que até agora não são práticos”, diz a diretora do MPSD, Andrea Cavalleri, que vê um esforço de duas décadas na exploração destes efeitos convergindo para tecnologias futuras. “Também está claro que um gargalo crucial a ser resolvido é o tipo e a disponibilidade de fontes de laser, que devem andar de mãos dadas com esses estudos para fazer avançar o campo.”
A pesquisa foi realizada no MPSD, no Centro de Ciência do Laser de Elétrons Livres (CFEL) em Hamburgo. Foi apoiado pela DFG (Fundação Alemã de Pesquisa) através do Cluster of Excellence CUI: Imagem Avançada da Matéria. O K3C60 amostras foram preparadas na Università degli Studi di Parma, Itália.
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