Assim como as pessoas podem aprender mais sobre si mesmas saindo de suas zonas de conforto, os pesquisadores podem aprender mais sobre um sistema dando-lhe uma sacudida que o torna um pouco insta¡vel - os cientistas chamam isso de "desequila­brio" - e observando o que acontece a  medida que ele se estabelece de volta para um estado mais esta¡vel.

No caso de um material supercondutor conhecido como a³xido de cobre de a­trio e ba¡rio, ou YBCO, experimentos mostraram que, sob certas condições, desequilibra¡-lo com um pulso de laser permite que ele superconduza - conduza corrente elanãtrica sem perda - muito mais perto de temperatura ambiente do que os pesquisadores esperavam. Isso pode ser um grande problema, já que os cientistas buscam supercondutores a  temperatura ambiente hámais de três décadas.

Mas as observações desse estado insta¡vel tem alguma influaªncia sobre como os supercondutores de alta temperatura funcionariam no mundo real, onde aplicações como linhas de energia, trens maglev, aceleradores departículas e equipamentos médicos exigem que sejam esta¡veis?

Um estudo publicado hoje na Science Advances sugere que a resposta ésim.

"As pessoas achavam que, embora esse tipo de estudo fosse útil, não era muito promissor para aplicações futuras", disse Jun-Sik Lee, cientista da equipe do Laborata³rio Nacional de Aceleração SLAC do Departamento de Energia e lider da equipe de pesquisa internacional que realizou fora o estudo.

"Mas agora mostramos que a física fundamental desses estados insta¡veis ​​émuito semelhante a  dos estados esta¡veis. Portanto, isso abre enormes oportunidades, incluindo a possibilidade de que outros materiais também possam ser empurrados para um estado supercondutor transita³rio com luz . a‰ um estado interessante que não podemos ver de outra maneira."

YBCO éum composto de a³xido de cobre, ou cuprato, um membro de uma familia de materiais que foi descoberto em 1986 para conduzir eletricidade com resistência zero a temperaturas muito mais altas do que os cientistas pensavam ser possí­vel.

Como os supercondutores convencionais, descobertos mais de 70 anos antes, o YBCO muda de um estado normal para um estado supercondutor quando resfriado abaixo de uma certa temperatura de transição. Nesse ponto, os elanãtrons se emparelham e formam um condensado osuma espanãcie de sopa de elanãtrons osque conduz eletricidade sem esfora§o. Os cientistas tem uma teoria sãolida de como isso acontece em supercondutores antigos, mas ainda não háconsenso sobre como isso funciona em supercondutores não convencionais como o YBCO.

Uma maneira de atacar o problema éestudar o estado normal do YBCO, que ébastante estranho por si são. O estado normal contanãm uma sanãrie de fases complexas e entrelaa§adas da matéria, cada uma com o potencial de ajudar ou dificultar a transição para a supercondutividade, que disputam o doma­nio e a s vezes se sobrepaµem. Além disso, em algumas dessas fases, os elanãtrons parecem se reconhecer e agir coletivamente, como se estivessem se arrastando.

a‰ um emaranhado real, e os pesquisadores esperam que entendaª-lo melhor esclarea§a como e por que esses materiais se tornam supercondutores em temperaturas muito mais altas do que o limite tea³rico previsto para supercondutores convencionais.

a‰ difa­cil explorar esses estados normais fascinantes nas temperaturas quentes em que ocorrem, então os cientistas geralmente resfriam suas amostras de YBCO atéo ponto em que se tornam supercondutoras e, em seguida, desligam a supercondutividade para restaurar o estado normal.

A comutação geralmente éfeita expondo o material a um campo magnanãtico. Essa éa abordagem preferida porque deixa o material em uma configuração esta¡vel - o tipo que vocêprecisaria para criar um dispositivo prático.

A supercondutividade também pode ser desligada com um pulso de luz, disse Lee. Isso cria um estado normal que estãoum pouco fora de equila­brio - fora de equila­brio - onde coisas interessantes podem acontecer, do ponto de vista cienta­fico. Mas o fato de ser insta¡vel tornou os cientistas cautelosos em supor que qualquer coisa que eles aprendam la¡ também possa ser aplicada a materiais esta¡veis, como os necessa¡rios para aplicações prática s.

Neste estudo, Lee e seus colaboradores compararam as duas abordagens de comutação oscampos magnanãticos e pulsos de luz osconcentrando-se em como elas afetam uma fase peculiar da matéria conhecida como ondas de densidade de carga, ou CDWs, que aparecem em materiais supercondutores. CDWs são padraµes ondulata³rios de densidade eletra´nica mais alta e mais baixa, mas ao contra¡rio das ondas do oceano, eles não se movem.

CDWs bidimensionais foram descobertos em 2012 e, em 2015, Lee e seus colaboradores descobriram um novo tipo 3D de CDW. Ambos os tipos estãointimamente interligados com a supercondutividade de alta temperatura e podem servir como marcadores do ponto de transição onde a supercondutividade liga ou desliga.

Para comparar a aparaªncia dos CDWs no YBCO quando sua supercondutividade édesligada com luz versus magnetismo, a equipe de pesquisa fez experimentos em três fontes de luz de raios-X.

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

Em seguida, amostras do material foram expostas a campos magnanãticos elevados nas instalações do sa­ncrotron SACLA no Japa£o e a  luz laser no laser de elanãtrons livres de raios X do Pohang Accelerator Laboratory (PAL-XFEL) na Coranãia, para que as alterações em seus CDWs pudessem ser medido.

"Esses experimentos mostraram que a exposição das amostras ao magnetismo ou a  luz gerava padraµes 3D semelhantes de CDWs", disse Sanghoon Song, cientista da equipe do SLAC e coautor do estudo. Embora como e por que isso acontece ainda não seja compreendido, disse ele, os resultados demonstram que os estados induzidos por qualquer uma das abordagens tem a mesma física fundamental. E eles sugerem que a luz do laser pode ser uma boa maneira de criar e explorar estados transita³rios que podem ser estabilizados para aplicações prática s osincluindo, potencialmente, supercondutividade a  temperatura ambiente.