Escolhendo viver em 2D

O fenômeno da supercondutividade - quando materiais passam a conduzir a eletricidade sem qualquer resistência - tem resistido a todos os esforços dos cientistas para explicá-lo.

A teoria mais aceita, baseada na conjugação de elétrons em pares - chamados pares de Cooper - é sabidamente insuficiente para explicar o que ocorre nos diferentes tipos de supercondutores.

É por isso que os experimentos realizados por Carolina Parra e seus colegas da Universidade de Stanford, nos EUA, causaram sensação na comunidade científica.

Parra observou o surgimento não de duplas, mas de "poças" de elétrons emergindo em camadas atômicas 2D no interior de um bloco 3D de um material supercondutor.

Supercondutividade interdimensional

Dentro das poças, os elétrons supercondutores se comportam como se estivessem confinados em um plano atomicamente fino, semelhante a uma folha, uma situação que exige que eles de alguma forma cruzem para outra dimensão, onde se aplicam as regras bem diferentes da física quântica.

"Este é um exemplo torturante de comportamento emergente, que muitas vezes é difícil ou impossível de replicar tentando projetá-lo do zero," destaca o professor Hari Manoharan, coordenador da pesquisa. "É como se, ao receber o poder de superconduzir, os elétrons 3D optassem por viver em um mundo 2D."

A equipe batizou o novo fenômeno de "supercondutividade interdimensional" e sugere que é assim - passando de unidimensional para bidimensional e, finalmente, tridimensional - que os supercondutores fazem as transições que os levam para um comportamento de metal, de semicondutor e finalmente até um isolante completo, quando não transmitem nenhuma eletricidade - e de volta pelo mesmo caminho até a supercondutividade.

Conforme observaram as mudanças de fase, usando imageamento ultrarrápido, a equipe mapeou os movimentos dos elétrons no supercondutor e viu como eles se reorganizam, saindo do 1D (elétrons confinados em seus átomos, tornando o material um isolante), passando por 2D ("poças" bidimensionais, tornando o material transicionar rapidamente para a supercondutividade) e chegando ao 3D, em que os elétrons movem-se livremente, transmitindo eletricidade com 100% de eficiência.

Pesquisas em materiais 2D

O material utilizado é um supercondutor de alta temperatura chamado BPBO, devido aos seus quatro ingredientes atômicos - bário, chumbo, bismuto e oxigênio.

E a equipe acredita que seus resultados terão implicações práticas para a sintetização de materiais 2D.

"A maioria dos métodos para fazer materiais 2D são abordagens de engenharia, como o cultivo de filmes com algumas camadas atômicas de espessura ou a criação de uma interface nítida entre dois materiais e o confinamento de um estado 2D ali," disse Parra. "[Nosso experimento] oferece uma maneira adicional de chegar a esses estados supercondutores 2D. É mais barato, você não precisa de equipamentos sofisticados que requerem temperaturas muito baixas e não leva dias e semanas. A única parte complicada seria obter a composição perfeita do material."