Uma observação inesperada vem abalar as certezas sobre a supercondutividade.
Físicos conseguiram filmar a dança quântica dos elétrons dentro de um supercondutor, e o resultado os pegou de surpresa: os pares de átomos, que se acreditava serem independentes, interagem entre si, como dançarinos sincronizados em um palco lotado. Esse comportamento coordenado, nunca observado antes, coloca em questão uma teoria de 70 anos.
A supercondutividade é um fenômeno onde certos materiais, resfriados a temperaturas extremamente baixas, permitem a passagem de corrente elétrica sem nenhuma resistência. Esse "poder mágico" vem do fato de que os elétrons, geralmente solitários, formam pares – chamados de pares de Cooper. A teoria que explica esse mecanismo, conhecida como BCS, rendeu um Prêmio Nobel aos seus autores na década de 1950. Mas essa teoria pressupõe que cada par age por conta própria, sem influenciar seus vizinhos.
Pela primeira vez, os pesquisadores imagearam o comportamento dos pares de elétrons em um supercondutor.
Crédito: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation Para verificar essa hipótese, físicos do CNRS e do Flatiron Institute conceberam uma experiência engenhosa. Eles usaram um gás de átomos de lítio resfriado a alguns bilionésimos de grau acima do zero absoluto. Esses átomos se comportam como elétrons, o que permite estudar a supercondutividade em um ambiente controlado. Esse sistema, chamado gás de Fermi, serve como um laboratório em miniatura para observar a mecânica quântica.
Graças a uma nova técnica de imageamento, a equipe tirou instantâneos da posição de cada par de átomos. As imagens revelaram uma organização inesperada: os pares não estão distribuídos ao acaso, mas mantêm uma distância regular uns dos outros, como dançarinos que evitam se esbarrar. Esse padrão de repulsão, ausente na teoria BCS, mostra que os pares realmente interagem entre si. Os pesquisadores classificam essa descoberta como a "peça que faltava" no quebra-cabeça.
Para garantir que essas observações estivessem corretas, simulações quânticas detalhadas foram realizadas. Os cálculos reproduziram exatamente os resultados experimentais, confirmando que os pares se organizam com um espaçamento preciso. Essa validação reforça a ideia de que a teoria BCS, embora útil, é incompleta e que é necessário integrar essas interações para melhor entender a supercondutividade.
Esses avanços podem ter um impacto considerável na busca por novos materiais supercondutores. Atualmente, os melhores supercondutores de "alta temperatura" só funcionam a -196 °C, a temperatura do nitrogênio líquido. Ao compreender melhor os mecanismos fundamentais, os cientistas esperam um dia criar materiais que se tornem supercondutores à temperatura ambiente. Tal feito transformaria radicalmente as redes elétricas, os computadores e muitas outras tecnologias.
Além da supercondutividade, essa descoberta abre uma janela para outros estados quânticos da matéria. Ao aprimorar suas ferramentas em sistemas simples como o gás de Fermi, os pesquisadores poderão explorar sistemas mais complexos, onde talvez se escondam as próximas grandes inovações tecnológicas.
Fonte: Physical Review Letters