Embora os materiais supercondutores possam conduzir eletricidade sem resistência, eles geralmente requerem temperaturas extremamente baixas. A obtenção da supercondutividade em temperatura ambiente poderia impulsionar significativamente o desenvolvimento de eletrônicos avançados e tecnologias energeticamente eficientes. Recentemente, uma equipe internacional de pesquisadores fez um avanço na área, observando pela primeira vez um estado eletrônico especial chamado “metal nodal” em sistemas multicamadas compostos por cobre e oxigênio, o que ajuda a compreender o comportamento eletrônico em diferentes temperaturas.
Os membros da equipe são do Japão, Taiwan da China e Estados Unidos, e os resultados foram publicados na revista Nature Communications. O coautor correspondente, Shinichiro Ideta, professor associado do Instituto de Ciência de Radiação Síncrotron da Universidade de Hiroshima, afirmou: “Quando portadores de carga são dopados nos planos de óxido de cobre bidimensionais, ocorre o fenômeno de supercondutividade.” A dopagem consiste na introdução de defeitos, permitindo manipular o comportamento desejado dentro de parâmetros específicos.
Os supercondutores de óxido de cobre possuem estrutura multicamada, e a temperatura de transição depende do número de camadas de óxido de cobre. Experiências indicam que sistemas de três camadas têm a maior temperatura de transição, mas os motivos e o comportamento eletrônico permanecem pouco claros. Para entender o efeito de diferentes níveis de dopagem sobre o comportamento eletrônico em diversas temperaturas de transição, os pesquisadores utilizaram espectroscopia de fotoelétrons com ângulo-resolvido de alta resolução combinada com radiação síncrotron. Essa técnica permite excitar elétrons no material com feixes intensos de fótons, medir o movimento dos elétrons excitados, revelar a estrutura das bandas eletrônicas e medir diretamente a largura da banda proibida.
Os pesquisadores descobriram que elétrons supercondutores existem em planos internos de óxido de cobre a temperaturas muito acima da temperatura de transição, com baixa concentração de lacunas. Essa região de baixa dopagem e alta supercondutividade é chamada de “metal nodal” e pode revelar como temperaturas mais altas induzem elétrons supercondutores. Além disso, o gap supercondutor deste sistema é significativamente maior do que em supercondutores tradicionais. Shinichiro Ideta explicou que a supercondutividade é estabilizada pelo “efeito de proximidade” entre dois planos externos e um plano interno de óxido de cobre, o que explica por que os supercondutores tricamadas de óxido de cobre apresentam a maior temperatura de transição.
Este é um avanço significativo na compreensão do mecanismo de supercondutividade de óxidos de cobre de alta temperatura. A formação de elétrons supercondutores em altas temperaturas pode fornecer orientações importantes para o desenvolvimento e aplicação de materiais com temperatura crítica de supercondutividade elevada.
