A 21 de maio, a equipa de investigação liderada conjuntamente pelo Académico Xue Qikun, pelo Professor He Junfeng da Universidade de Ciência e Tecnologia da China e pelo Professor Associado Chen Zhuoyu da Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul, observou diretamente, pela primeira vez, uma lacuna supercondutora sem nodos em filmes finos de supercondutores de alta temperatura de óxido de níquel, e descobriu o fenómeno de acoplamento eletrão-bosão. Os resultados da investigação foram publicados no mesmo dia na revista Science.
Esta descoberta fornece provas experimentais importantes para duas questões centrais da supercondutividade de alta temperatura: a "simetria da lacuna supercondutora" e o "mecanismo de emparelhamento supercondutor". Tem um significado científico importante para a compreensão aprofundada do mecanismo da supercondutividade de alta temperatura e é também a base para promover uma aplicação mais ampla da tecnologia supercondutora.
Num supercondutor, os eletrões "emparelham-se" dois a dois, movendo-se em conjunto. Este comportamento de "emparelhamento" é a base do fenómeno da supercondutividade. No entanto, nos supercondutores de alta temperatura, a razão pela qual os eletrões se emparelham e a forma como o fazem continuam a ser um dos maiores mistérios da física.
"Num supercondutor, os eletrões poupam energia ao emparelharem-se, e esta energia poupada é a lacuna supercondutora", explicou Chen Zhuoyu. "Podemos imaginar o emparelhamento de eletrões como uma dança a dois, e a simetria da lacuna é a sua 'coreografia'."
Segundo a descrição, a lacuna dos supercondutores tradicionais está completamente aberta, sem nodos onde a lacuna é zero, pertencendo à simetria de onda s, enquanto se acreditou durante muito tempo que os supercondutores de alta temperatura à base de cobre possuíam nodos, pertencendo à simetria de onda d.
"Portanto, a existência ou não de nodos na lacuna é um indicador chave para discernir a origem física da supercondutividade de alta temperatura", explicou Chen Zhuoyu. Este estudo fornece, pela primeira vez, uma resposta clara nos filmes finos de supercondutores de alta temperatura de níquel RP de dupla camada: a sua lacuna supercondutora não tem nodos, estando mais de acordo com a simetria de onda s (ou onda s±).
Embora ambos sejam supercondutores de alta temperatura, o mecanismo de emparelhamento dos supercondutores à base de níquel e dos supercondutores à base de cobre pode não ser completamente idêntico.
A forma como os eletrões se emparelham é outra chave para desvendar o mistério da supercondutividade de alta temperatura. Teoricamente, os mecanismos de emparelhamento de eletrões dividem-se em duas categorias: uma não requer um mediador, a outra requer um mediador para a transmissão.
"Captámos um sinal espectroscópico típico de 'dobra de banda' a cerca de 70 meV abaixo do nível de Fermi, que é precisamente a 'impressão digital' deixada pela interação de acoplamento entre os eletrões e um certo tipo de bosão", explicou Chen Zhuoyu. "Isto confirma a existência de acoplamento eletrão-bosão nos supercondutores de alta temperatura à base de níquel, sugerindo que o seu emparelhamento de eletrões é muito provavelmente facilitado por algum tipo de mediador."
Ficou ainda a saber-se que esta descoberta fornece provas experimentais importantes para responder à questão de como os eletrões se emparelham. Atualmente, a equipa de investigação já encontrou vestígios deixados pelo mediador através destas "impressões digitais". O próximo passo, confirmar qual é exatamente o bosão que atua como mediador de emparelhamento, poderá ser a chave para finalmente elucidar o mecanismo físico da supercondutividade de alta temperatura.