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Uma equipa de cientistas no Departamento de Energia SLAC, Laboratório de Aceleração Nacional, combinou poderosos pulsares magnéticos com alguns dos mais poderosos raios-x do planeta para descobrir um surpreendente arranjo 3-D de um material de electrões que aparecem proximamente ligados a um misterioso fenómeno conhecido como, supercondutividade a alta temperatura.

Esta inesperada reviravolta marca um importante marco numa jornada de 30 anos para melhor compreender como é que os materiais conhecidos como supercondutores de altas temperaturas, conduzem electricidade sem resistência a temperaturas centenas de graus acima da dos metais convencionais supercondutores mas ainda assim, muito abaixo da congelação. O estudo foi publicado na revista Science.

O estudo também resolve uma aparente discrepância de dados de experiências e quadros anteriores, um novo rumo para entender completamente, comportamentos de electrões nestes materiais exóticos sob diferentes condições. Os investigadores têm um objectivo último, que é o de ajudar o design e o desenvolvimento de novos supercondutores, que trabalham a temperaturas mais elevadas.

Física 'Totalmente Inesperada'
'Isto foi completamente inesperado, mas muito excitante ao mesmo tempo. Esta experiência identificou um novo ingrediente para considerar neste campo de estudo. Nunca ninguém viu esta imagem 3D,' disse Jun-Sik Lee, um cientista da SLAC e um dos líderes da experiência conduzida com o raios-x de laser Linac Coherent Light Source (LCLS). 'Este é um passo importante para entender a física dos supercondutores de alta temperatura.'

'O sonho é o de levar a temperatura da experiência, para supercondutores à temperatura ambiente,' acrescentou ele, 'o que poderá levar a avanços na computação, electrónica e tecnologia da rede de distribuição energética.'

Já há muitos usos para tecnologia standart de supercondutores, que vão de máquinas de ressonância magnética, que diagnostiam, por exemplo, tumores cerebrais, a prótotipos de comboios de levitação magnética, e ao CERN, colisionador de particulas, que permitiu descobertas como o Bosão de Higgs e sensores ultrasensitivos usados para procurar matéria negra, o constituinte invísivel de que se acredita fazer parte a maioria da massa do universo. Um planeado melhoramento do LCLS, conhecido por LCLS-II, irá incluir um acelerador de particulas supercondutor.

A Nova Onda na Supercondutividade
O efeito 3D que os cientistas observaram na experiência do LCLS, que ocorre num material supercondutor conhecido como YBCO (sigla inglesa de ítrio óxido de bário cobre), é uma descoberta de uma nova 'onda com carga de densidade.' Esta onda não tem a oscilação de uma onda de luz ou onda sonora; descreve um estático, ordenado arranjo de aglomerados de electrons num material supercondutor. A sua coexistência com a supercondutividade é desconcertante para os pesquisadores, porque parece entrar em conflito com os pares de electrões que se movem livremente e que definem a supercondutividade.

A versão 2D desta onda foi registada pela primeira em 2012 e tem sido estudada extensivamente. A experiência LCLS revelou uma versão 3D separada em que aparecem mais fortes que a forma 2D e são proximamente chegadas ao comportamento 2D e à supercondutividade do material.

A experiência esteve vários anos para ser realizada e requereu experiência internacional para preparar as amostras especializadas e construir um poderoso iman personalizado que produziu pulsares magnéticos comprimidos a milésimos de segundo. Cada impulso era 10-20 vezes mais forte que aquelas dos imans de um máquina tipica de Ressonância.

Uma Poderosa Mistura de Magnetismo e Luz
Aqueles curtos mas intensos impulsos magnéticos suprimiram a supercondutividade das amostras YBCO e deram uma visão mais clara dos efeitos da onda da densidade de carga. Foram imediatamente seguidos em intervalos precisos por impulsos laser raio-x LCLS ultrabrilhante,que permitiram aos cientistas medir os efeitos das ondas.

'Esta experiência é um modo completamente nova de usar o LCLS e que abre a porta para uma classe totalmente nova de novas experiências,' disse Mike Dunne, director LCLS.

Investigadores conduziram muitas experiencias preparatórias na SLAC Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), que também produz raios-x para investigação. 

'Ándo entusiasmado com esta experiência há já muito tempo,' disse Steven Kivelson, professor de física na Universidade de Stanford, que contribuiu para o estudo e tem procurado supercondutores de alta temperatura desde 1987.

Kivelson diz que a experiência coloca barreiras claras à temperatura e força do campo magnético, onde o efeito 3D agora observado, emerge. 'Não há nada vago acerca disto,' referiu. 'Podes fazer agora uma declaração final: neste material existe uma nova fase.'

A experiência também acrecenta peso à crescente evidência que as ondas de densidade da carge e supercondutividade 'podem ser pensadas como dois lados da mesma moeda,' acrescentou.

Procurando Ligações Comuns
'Mas é claro que YBCO é incrivelmente complexo, e um mapa mais completo de todas as suas propriedades são necessárias para atingir quaiquer conclusões sobre o que interessa mais à sua supercondutividade,' diz Simon Gerber e Hoyoung Jang da SSRL, os principais autores do estudo.

As próximas experiências são necessárias para dar uma visualização detalhada do efeito 3D, e aprender sobre se o efeito é universal em todos os tipos de supercondutores de alta temperatura, disseram cientistas da SLAC e o investigador da SIMES WeiSheng Lee, que co-geriu o estudo com Jun-Sik Lee da SSRL e Diling Zhu da LCLS. 'As propriedades deste material são muito mais ricas do que pensámos,' diz Lee.

'Continuamos a fazer novas e surpreendentes observações à medida que desenvolvemos novas ferramentas experimentais,' acrescentou Zhu.