Cientistas observaram pela primeira vez a "ligação de pares" oculta em supercondutores, questionando a teoria clássica.

Experimento revela que pares eletrónicos na supercondutividade interagem entre si - algo que a teoria não prevê

Investigadores do Centro Nacional de Investigação Científica de França (CNRS) e do Instituto Flatiron (EUA) registaram pela primeira vez um processo que ajuda a explicar a natureza da supercondutividade - fenómeno em que a corrente elétrica flui sem resistência. No experimento, a equipa observou como átomos interagem em condições que reproduzem o comportamento de eletrões em supercondutores. Os resultados podem mudar a forma como se entende os mecanismos da supercondutividade e aproximar o desenvolvimento de materiais capazes de operar à temperatura ambiente.

A supercondutividade surge em materiais específicos quando arrefecidos a temperaturas extremamente baixas. Ao atingir uma temperatura crítica, os eletrões passam a formar pares, o que elimina a resistência elétrica. Esse mecanismo foi descrito nos anos 1950 pela teoria BCS (Bardeen, Cooper, Schrieffer), que recebeu o Prémio Nobel. Ainda assim, a teoria BCS não dá conta de todos os aspetos da supercondutividade, e há muito tempo se suspeita que lhe faltam elementos importantes.

No novo estudo, os cientistas utilizaram um gás de férmions composto por átomos de lítio, arrefecido até bilionésimos de grau acima do zero absoluto. Esse sistema permite simular a dinâmica dos eletrões em supercondutores. Com um método de visualização recente, foi possível registar as posições relativas de pares de átomos e verificar que o comportamento observado não coincide com o que a teoria BCS prevê.

O que se viu foi que, depois de os pares se formarem, os átomos começam a interagir entre si, e as posições de um par passam a depender dos outros pares. Isso entra em conflito com a teoria BCS, que assume que os pares são independentes. O experimento indica, portanto, que a teoria não inclui a descrição das correlações entre pares.

Para validar o achado, teóricos realizaram simulações numéricas baseadas em mecânica quântica. Os cálculos reproduziram os dados experimentais e ainda mostraram pormenores que não aparecem na teoria BCS, incluindo a distância entre os pares.

Esses resultados ampliam a compreensão fundamental da supercondutividade e de outros materiais quânticos. Também podem contribuir para a criação de supercondutores de alta temperatura, capazes de funcionar em temperaturas próximas da ambiente. Materiais assim têm potencial para modernizar redes de energia e sistemas de computação.

Nos anos 1980, foram descobertos supercondutores de alta temperatura que operam à temperatura do azoto líquido (cerca de -196 °C). No entanto, a sua natureza continua por explicar. Pesquisas como esta podem aproximar os cientistas de supercondutores que funcionem em condições ambientais, elevando de forma significativa a eficiência de tecnologias.