Novas Possibilidades Encontradas Para Supercondutividade em Temperatura Ambiente

Supercondutividade À Temperatura Ambiente

Os pesquisadores descobriram que acionar a supercondutividade com um flash de luz requer a mesma física fundamental funcionando nos estados mais estáveis ​​necessários para os dispositivos, abrindo um novo caminho para a criação de supercondutividade à temperatura ambiente.

Os pesquisadores aprendem mais sobre um sistema sacudindo-o em um estado um tanto instável – os cientistas chamam isso de “fora de equilíbrio” – e depois disso, observando o que ocorre quando ele volta a um estado mais estável, assim como as pessoas podem aprender mais sobre si mesmos saindo de suas zonas de conforto.

Um Olhar Sobre A Supercondutividade

Experimentos com o material supercondutor óxido de ítrio, bário e cobre, ou YBCO, mostraram que, sob condições particulares, desequilibrá-lo com um pulso de laser o superconduzirá, conduzindo corrente elétrica sem perdas, mais próximo da temperatura ambiente do que o esperado. Os cientistas trabalharam em supercondutores à temperatura ambiente por mais de três décadas, o que pode ser um avanço significativo.

No entanto, as observações desse estado instável têm alguma relevância para como os supercondutores de alta temperatura funcionam, onde aplicações como linhas de energia, trens maglev, aceleradores de partículas e equipamentos médicos exigem sua estabilidade?

Um Estudo De Pesquisa Recente Publicado Na Science Advances Sugere Que A Solução É Sim.

Jun-Sik Lee, pesquisador do Departamento de Energia do SLAC National Accelerator Laboratory, diz que, pensa-se que além de útil, o estudo tem aplicações futuras. Jung-Sik Lee também é o líder da equipe de pesquisa internacional que conduziu o estudo.

“Agora revelamos que a física fundamental desses estados instáveis ​​é extremamente comparável à dos estados estáveis. Abrem-se oportunidades substanciais, possibilitando outros materiais para um estado supercondutor transitório com a luz. É uma experiência fascinante estado que não podemos ver de outra maneira.”

Como É A Aparência Normal?

YBCO é um composto de óxido de cobre, também conhecido como cuprato. Membro da família de materiais encontrados em 1986 que conduzem eletricidade sem resistência em temperaturas muito maiores do que os pesquisadores consideram possível.

Como os supercondutores convencionais, descobertos mais de 70, o YBCO muda do estado normal para supercondutor quando resfriado abaixo de uma certa temperatura de transição. Então, os elétrons se emparelham e desenvolvem um condensado – uma espécie de sopa de elétrons – que facilmente conduz eletricidade. Os pesquisadores entendem o funcionamento em supercondutores antigos, mas nada sabem sobre como isso funciona em supercondutores não convencionais como o YBCO.

Uma maneira de mergulhar no problema é investigar o estado normal do YBCO, que é bastante estranho por si só. O estado normal tem variadas fases complexas e entrelaçadas da matéria, cada uma ajudando ou dificultando a transição à supercondutividade, que se chocam para dominar e frequentemente se sobrepõem. Em algumas dessas fases, os elétrons parecem se reconhecer e agir coletivamente como se estivessem se arrastando.

É um emaranhado genuíno, acredita-se que entendê-lo melhor clarificará como e por que se tornam supercondutores em temperaturas superiores ao limite previsto para supercondutores convencionais.

Estados Normais De Partícula

Para se apreciar os incríveis estados normais nas temperaturas altas, resfria-se suas amostras de YBCO até ao ponto de supercondutores, em seguida, desliga-se a supercondutividade para restaurar o estado normal.

Sendo a comutação geralmente feita expondo o material a um campo magnético. Esta é a abordagem preferida porque deixa o material em uma configuração estável – o tipo que você precisaria para criar um dispositivo prático.

Lee afirma que a supercondutividade provavelmente desliga-se com um pulso de luz. Isso produz um estado normal desequilibrado – fora do equilíbrio – onde coisas intrigantes podem acontecer do ponto de vista científico. No entanto, o fato de ser instável indica que todo o aprendizado aplica-se a materiais estáveis, como os necessários para aplicações práticas.

Ondas Que Ficam Paradas

Lee e colaboradores compararam abordagens de comutação – campos magnéticos e pulsos de luz – concentrando-se em como influenciam a fase peculiar da matéria conhecida como ondas de densidade de carga, ou CDWs, em supercondutores. CDWs são padrões ondulatórios de densidade eletrônica mais alta e mais baixa. No entanto, ao contrário das ondas do mar, elas não se movem.

CDWs bidimensionais foram encontrados em 2012; em 2015, Lee e seus colaboradores encontraram um novo tipo de CDW 3D. Ambos, estão intimamente ligados à supercondutividade de alta temperatura e podem funcionar como marcadores do fator de transição onde a supercondutividade liga ou desliga.

Ao comparar a aparência dos CDWs no YBCO aquando sua supercondutividade é desligada com luz versus magnetismo, experimentou-se 3 fontes de luz de raios-X.

Propriedades Do Material Não Perturbado

Inicialmente, eles mediram as propriedades do material não perturbado, incluindo suas ondas de densidade de carga, no Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) do SLAC.

Depois disso, as amostras do material foram submetidas a altos campos magnéticos na instalação síncrotron SACLA no Japão, bem como à luz laser no laser de elétrons livres de raios-X do Pohang Accelerator Laboratory (PAL-XFEL) na Coréia, para que mudanças em seus CDWs podem ser medidos.

De acordo com o pesquisador da equipe do SLAC e co-autor do estudo, Sanghoon Song, esses experimentos demonstraram que expor as amostras ao magnetismo ou à luz gerou padrões 3D semelhantes de CDWs. Embora exatamente como e por que isso ocorre ainda não seja compreendido, afirmou ele, os resultados mostram que os estados induzidos por qualquer uma das abordagens têm a mesma física fundamental. Além disso, eles sugerem que a luz do laser pode ser uma boa maneira de produzir e descobrir estados transientes que podem ser estabilizados para aplicações práticas, incluindo supercondutividade em temperatura ambiente.

Cientistas do Pohang Accelerator Laboratory e da Pohang University of Science and Technology na Coréia; Universidade de Tohoku, Centro RIKEN SPring-8 e Instituto de Pesquisa de Radiação Síncrotron do Japão no Japão; bem como o Instituto Max Planck para Pesquisa de Estado Sólido na Alemanha também contribuíram para este trabalho, que o DOE Office of Science financiou. SSRL é uma instalação de usuário do DOE Office of Science.

Leia O Artigo Original Em: Scitech Daily.

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