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Os supercondutores estão desde há muito tempo confinados a um nicho de aplicações, devido ao facto de as mais elevadas temperaturas a que estes materiais se tornam livres de resistência ser de menos 170 graus Celcius. Actualmente eles são principalmente usados em imanes para tomografia de ressonância magnética nuclear, equipamentos de fusão e aceleradores de partículas.

Físicos do Instituto Max Panck para Estrutura e Dinâmica da Matéria no Centro de Ciência Laser de Electrões Livres (CFEL) em Hamburgo mostram pulsares livres num material feito de átomos de potássio e átomos de carbono organizados em estruturas esféricas. Numa pequena fracção de segundo, eles arranjaram maneira de a tornar supercondutora a menos 170 graus Celcius - 100 graus Kelvin. Um efeito semelhante já tinha sido descoberto em 2013 por cientistas do mesmo grupo num material diferente, um óxido de cerâmica pertencente à família dos chamados 'cupratos'.

Como os fulerenos têm uma relativamente simples estrutura química, os pesquisadores esperam ser capazes de ganhar um melhor entendimento do fenómeno da indução de luz na supercondutividade a altas temperaturas que conduzem nas suas novas experiências. Tais conhecimentos podem ajudar no desenvolvimento de um material que conduziria electricidade a temperaturas ambientes, sem perdas, e sem excitação óptica.

Todas as esperanças para a supercondutividade a alta temperatura têm andado em materiais cerâmicos conhecidos como cupratos. Estes materiais perdem a sua resistência eléctrica a temperaturas relativamente elevadas, que podem ser tão altas quanto 120 graus Celcius negativos. Por esta razão, os físicos referem-se a estes materiais como supercondutores de altas temperaturas.

Andrea Cavalleri, Director no Instituto Max Planck para Estruturas e Dinâmicas da Matéria, e os seus colegas estão a pavimentar caminho no desenvolvimento de materiais que perdem a sua resistência eléctrica a temperatura ambiente. As suas observações em fulerenos, que quando excitados com pulsares laser, se podem tornar supercondutivos a menos 170 graus Celcius, leva-os um passo mais além para atingir este objectivo. Esta descoberta pode contribuir para estabelecer um entendimento mais compreensivo de supercondutividade induzida por luz, porque é mais fácil formular uma explicação teorética para fulerenos do que para cupratos.

Uma explicação completa para este efeito pode, por sua vez, ajudar os cientistas a ganhar um melhor entendimento do fenómeno em supercondutividade a alta temperatura e providenciar uma receita para um supercondutor artificial que conduzirá electricidade sem perdas de resistência e a temperaturas ambientes.

Mudanças estruturais abrem caminho para os electrões
Em 2013, investigadores do grupo de Cavalleri demonstraram que sobre certas condições pode ser possível a um material de conduzir electricidade a temperatura ambiente sem perda de electricidade. Um óxido de cerâmica pertencente a família dos cupratos tornou-se supercondutor sem qualquer arrefecimento durante uns trilionésimos de segundo, quando os cientistas o excitaram usando pulsares laser infravermelhos. Um ano mais tarde, os cientistas em Hamburgo apresentaram uma possível explicação para este efeito.

Eles observaram que, seguida à excitação com o flash de luz, os átomos na estrutura de cristal mudaram de posição. Esta mudança persiste como o estado de supercondutividade do material. Falando de um modo abrangente, a mudança pela indução de luz na estrutura limpa o caminho para os electrões, de modo a movimentar-se na cerâmica sem perdas. No entanto, a explicação é muito dependente da altamente especifica estrutura cristalina dos cupratos. À medida que o processo foi entendido na altura, pode ter envolvido um fenómeno que só surge neste tipo de materiais.

A equipa liderada por Cavalleri perguntou então a eles próprios se a luz poderia quebrar a resistência de supercondutores mais tradicionais, a física dos quais é melhor entendida. Os pesquisadores do Instituto Max Planck para Estruturas e Dinâmicas da Matéria, entre os quais Daniele Nicoletti e Mateo Mitrano, que conseguiram agora o jackpot, usando uma substância que é muito diferente dos cupratos: o fulerido K3C60, um metal composto dos chamados fulerenos Buckminster.

Estas moléculas ocas consistem de 60 átomos de carbono que se ligam na forma de uma bola de futebol: uma esfera que compreende pentágonos e hexágonos. Com a ajuda de iões de potássio intercalados e carregados positivamente, que funcionam como uma espécie de cimento, os negativamente carregados fulerenos, agarram.se uns aos outros de modo a formar um sólido. Estes assim chamados, fuleridos alcalinos, é um metal que se torna supercondutor à volta de menos 250 graus Celcius.

Uma das mais altas temperatura críticas para além dos cupratos
Os pesquisadores irradiaram então os fuleridos alcalinos com pulsares de luz infravermelhos por somente uns bilionésimos de microsegundos e repetiram a sua experiência numa amplitude térmica entre temperaturas críticas e temperaturas ambientes. Eles apontam as frequências de fontes de luz que excitam os fulerenos para produzir vibrações.

Isto faz os átomos de carbono oscilar de tal modo que os pentágonos na bola expandem e contraem. Foi esperado que esta mudança na estrutura podem gerar supercondutividade passageira a altas temperaturas num modo semelhante à dos cupratos.

Para testar isto, os cientistas irradiaram a amostra com um segundo pulsar de luz ao mesmo tempo que o pulsar de infravermelhos, se bem que a uma frequência na amplitude dos terahertzs. A força a que este pulsar é reflectido indica a condutividade do material para os pesquisadores, significando a facilidade com que os electrões se movem através do fulerido alcalino.

O resultado foi de extremamente elevada condutividade. 'Estamos muito confiantes que induzimos supercondutividade a temperaturas de tão altas quanto menos 170 graus Celcius,' diz Daniele Nicoletti. Isto significa que a experiência em Hamburgo apresenta uma das mais elevadas temperaturas criticas observadas em materiais não pertencentes à classe dos cupratos.

'Estamos agora a planear levar a cabo outras experiências que devem habilitar-nos a alcançar um entendimento mais detalhado dos processos em trabalho aqui,' diz Nicoletti. O que gostariam de fazer agora é analisar a estrutura de cristais durante a excitação com a luz infravermelha. Tal como foi o caso dos cupratos, isto deverá ajudar a explicar o fenómeno.

'Os pesquisadores gostariam então de irradiar o material com pulsares de luz que durem muito mais.Apesar de ser tecnicamente muito complicado, pode aumentar a vida da supercondutividade, tornado-a potencialmente relevante para aplicações.'conclui Nicoletti.