O que torna possível a supercondutividade em alta temperatura? Pesquisadores se aproximam de uma teoria unificada

Em materiais contendo cobre chamados cupratos, a supercondutividade compete com duas propriedades chamadas spin magnético e ordem de onda de densidade de carga elétrica (CDW). Essas propriedades revelam diferentes partes dos elétrons no supercondutor. Cada elétron possui spin e carga.

Em um metal regular, os spins se cancelam e as cargas elétricas são uniformes em todo o material. No entanto, as fortes interações elétron-elétron em supercondutores de alta temperatura, como cupratos, dão origem a outros estados possíveis.

Nova pesquisa publicada em Comunicações da Natureza examinou materiais onde a forte interação magnética faz com que alguns dos spins dos elétrons se ordenem ao longo de listras. Isso ocorre quando ondas de densidade de spin (SDW) e CDWs se unem para formar um “estado de faixa” estável de longo alcance, onde os picos e vales das duas ondas são alinhados.

Este estado reforça a estabilidade do SDW e do CDW. Este estado de faixa compete com e interrompe a fase supercondutora. Agora, no entanto, pesquisadores descobriram que o CDW de curto alcance pode ser compatível, em vez de competitivo, com a supercondutividade em materiais cupratos. Esta descoberta vai contra a sabedoria científica convencional.

Como esperado, CDW de curto alcance compete com listras de longo alcance para suprimir a supercondutividade. Inesperadamente, CDW também coexiste com e é aprimorado pela supercondutividade de curto alcance.

A pesquisa também identificou a possibilidade de que a ordem de carga de curto alcance pode permitir a formação e o movimento de vórtices na fase supercondutora. Isso significa que os pesquisadores podem ser capazes de estabilizar a supercondutividade em temperaturas e campos magnéticos mais altos controlando ou aprimorando a ordem de carga de curto alcance.

Os resultados também fornecem informações importantes sobre o desenvolvimento de uma descrição quântica unificada da supercondutividade nos cupratos.

A pesquisa foi realizada usando medições de raios X em um regime de alto campo magnético previamente não mapeado do cuprato La_1.885Sr_0,115CuO₄.

A ordem CDW consiste em dois componentes marcados por dependências distintas de campo magnético e temperatura.

A amostra se segrega espontaneamente em regiões supercondutoras e, alternativamente, regiões ordenadas por faixas de carga de spin, esclarecendo como a ordem de spin de longo alcance e a supercondutividade em massa coexistem.

Mais interessante ainda, o estado de vórtice estático observado em campos baixos pode se tornar fluido — um estado líquido de vórtice — em campos altos variando de 12 a 24 Tesla.

Nesses campos, a fase supercondutora de longo alcance é suprimida por vórtices móveis induzidos por campo. Surpreendentemente, um aumento repentino na intensidade de CDW é compatível com o campo de fusão do vórtice — um campo muito menor do que o campo crítico superior que extingue a supercondutividade.

Esta pesquisa apoia o cenário de desordem de fase para a transição supercondutora, motivando uma descrição quântica unificada de ondas de densidade e supercondutividade em supercondutores cupratos.