Materiais que exibem propriedades supercondutoras em altas temperaturas, conhecidos como supercondutores de alta temperatura, têm sido o foco de vários estudos recentes, pois podem ser usados para desenvolver novas tecnologias que funcionam bem em temperaturas mais altas. Embora a supercondutividade de alta temperatura tenha sido amplamente investigada, sua física subjacente ainda não é totalmente compreendida.

Um passo fundamental para uma melhor compreensão da supercondutividade de alta temperatura é identificar fases ordenadas de supercondutores de alta temperatura e suas simetrias subjacentes. Isso ocorre porque as transições de fase nesses materiais podem, em última análise, estar ligadas à sua supercondutividade.

Pesquisadores da Universidade Nacional de Seul, na Coreia, recentemente realizaram um estudo explorando fases e simetrias relacionadas no material cuprato (Bi,Pb) 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+. Suas descobertas, publicadas na Nature Physics , revelaram uma fase semelhante a Fermi-líquido ocorrendo neste material além da dopagem crítica, caracterizada por uma simetria de espelho quebrada.

"Cerca de quatro anos atrás, estávamos procurando um experimento adequado para nosso novo equipamento chamado geração de segundo harmônico de anisotropia rotacional (RA-SHG), que é uma técnica muito sensível e se tornou uma ferramenta experimental importante", disse Changyoung Kim, coautor do artigo.

"Houve algumas sugestões de que poderia haver uma nova fase em uma região do diagrama de fase do supercondutor de óxido de cobre ou cuprato, chamada de região superdopada. O instinto entrou em ação e percebemos que o SHG é uma ferramenta adequada para procurar por tais fases."

A supercondutividade em supercondutores de cuprato pode ser modulada usando uma técnica conhecida como dopagem, que envolve adicionar impurezas ou outros elementos a um material para alterar suas propriedades.

Este processo permite que pesquisadores obtenham seletivamente supercondutores, metais ou isolantes. A quantidade de dopagem na qual a supercondutividade pode ser obtida na temperatura mais alta é em torno de um valor de 0,15, enquanto qualquer coisa acima deste valor é considerada "superdopagem".

Estudos recentes mostraram que supercondutores de cuprato superdopados poderiam exibir uma nova fase. Kim e seus colegas se propuseram a sondar essa fase usando supercondutores dopados com chumbo previamente sintetizados em seus laboratórios.

Usando o RA-SHG desenvolvido em seu laboratório, os pesquisadores realizaram uma série de testes em amostras de (Bi,Pb) 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+ que foram dopadas além da dopagem crítica. A dopagem crítica é um estado no qual a concentração de dopantes introduzidos em um material excede um limite específico, após o qual o material apresentará diferentes propriedades físicas.

"Na física, há algo chamado transição de fase quântica, uma transição de fase que ocorre em zero Kelvin (temperatura zero absoluta)", explicou Kim. "O ponto em que a transição de fase ocorre em 0 K é chamado de ponto crítico quântico. Acredita-se que a supercondutividade de alta temperatura esteja relacionada a esse ponto crítico quântico.

"No caso de supercondutores de cuprato, a dopagem crítica é de cerca de 0,19 e nossos experimentos foram realizados em amostras que excederam esse valor."

Os pesquisadores descobriram uma simetria de espelho quebrada em sua amostra de cuprato, especificamente em uma fase semelhante a Fermi-líquido que ocorreu além da dopagem crítica. A temperatura na qual essa fase foi observada coincidiu com a temperatura na qual metais estranhos tipicamente fazem a transição para metais semelhantes a Fermi-líquido.

"Simetrias revelam informações importantes e espera-se que essas informações possam nos levar ao mecanismo microscópico da supercondutividade de alta temperatura", disse Kim. "É por isso que identificar fases e suas simetrias tem sido o cerne da pesquisa do supercondutor cuprato.

"Em nosso trabalho, encontramos uma nova fase e sua simetria no diagrama de fase. A simetria da nova fase pode nos ajudar a identificar a fase, o que por sua vez pode nos fornecer mais informações sobre como um elétron interage com outros elétrons ou seus arredores."

A nova fase descoberta como parte deste estudo recente poderá em breve ser examinada mais detalhadamente usando várias outras técnicas experimentais. Kim e seus colegas esperam que seus estudos recentes e futuros contribuam para a compreensão da supercondutividade em alta temperatura.

"Embora nosso trabalho sugira fortemente que há uma nova fase, também é importante verificar novamente com outras técnicas experimentais", acrescentou Kim. "Experimentos com outras técnicas estão em andamento. Em particular, esperamos identificar a nova fase (SHG nos diz o tipo de simetrias que a nova fase tem, mas não o que é). Também estamos planejando prosseguir com a investigação teórica em colaboração com um grupo de teoria."