Pequenos orifícios perfurados em um material supercondutor de alta temperatura revelaram que os pares de Cooper também podem conduzir eletricidade da mesma maneira que os metais. (Créditos da imagem: Brown University).

Pares de Cooper são pares de elétrons acoplados que permitem aos supercondutores conduzir eletricidade sem resistência.

Eles têm este nome em homenagem a Leon Cooper, um físico americano que ganhou o Prêmio Nobel em 1972 por descrever seu papel na habilitação da supercondutividade.

A resistência é criada quando os elétrons se agitam na estrutura atômica de um material à medida que se movem. Mas quando os elétrons se unem para se tornarem pares de Cooper, eles passam por uma transformação notável. Os elétrons são, por si só, férmions, partículas que obedecem ao princípio de exclusão de Pauli, o que significa que cada elétron tende a manter seu próprio estado quântico. Os pares de Cooper, no entanto, agem como bósons, que podem compartilhar o mesmo estado.

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Este comportamento bosônico permite que os pares de Cooper coordenem seus movimentos com outros conjuntos de pares de Cooper de uma maneira que reduz a resistência a zero.

Em 2007, o professor da Universidade Brown, Jim Valles, e seus colegas mostraram que os pares de Cooper também podem produzir estados isolantes e supercondutividade.

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Em materiais muito finos, em vez de se moverem em conjunto, os pares resistem para permanecer no mesmo lugar, presos em pequenas “ilhas” dentro de um material e incapazes de saltar para a próxima “ilha”.

Para o novo estudo, os pesquisadores procuraram pares de Cooper no estado metálico não supercondutor, usando uma técnica semelhante à que revelou isoladores de pares de Cooper.

A técnica envolve a padronização de um supercondutor de filme fino — neste caso, um supercondutor de alta temperatura — óxido de cobre e ítrio-bário — com conjuntos de pequenos orifícios.

Quando o material passa por uma corrente e é exposto a um campo magnético, os portadores de carga do material orbitam nos orifícios como a água que circula um dreno.

Os cientistas mediram a frequência com que essas cargas circulam e descobriram que é consistente o fato de haver dois elétrons girando ao mesmo tempo em vez de apenas um. Então eles concluíram que os portadores de carga nesse estado são pares de Cooper e não elétrons únicos.

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“Havia evidências de que esse estado metálico surgiria em supercondutores de filmes finos à medida que eram resfriados em direção à temperatura supercondutora, mas se esse estado envolvia ou não pares de Cooper era uma questão em aberto”, disse o professor Valles. “Desenvolvemos uma técnica que nos permite testar essa pergunta e mostramos que, de fato, os pares de Cooper são responsáveis ​​pelo transporte de carga nesse estado metálico”, acrescentou o professor.

O interessante é que ninguém tem certeza, em nível fundamental, de como eles fazem isso; portanto, essa descoberta exigirá mais trabalho teórico e experimental para entender exatamente o que está acontecendo. [Sci News].

Referência:

YANG, Chao et al. “REPORT Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition”; Science, 2019. Acesso em: 17 nov. 2017.

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Giovane Almeida
Sou baiano, tenho 18 anos e sou fascinado pelo Cosmos. Atualmente trabalho com a divulgação científica na internet — principalmente no Ciencianautas, projeto em que eu mesmo fundei aos 15 anos de idade —, com ênfase na astronomia e biologia.

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