O fenômeno conhecido como Par de Cooper, em que elétrons se agrupam aos pares, condição que elimina a resistência elétrica e transforma materiais em supercondutores, foi detectado também em fótons, por pesquisadores da UFMG, em parceria com teóricos da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). O trabalho teve grande repercussão internacional, uma vez que abre campo para estudos sobre supercondutividade fotônica, capaz de ser alcançada em temperatura ambiente, ao passo que a eletrônica é obtida em condições extremas e de difícil reprodução.

O artigo Photonic counterparts of Cooper Pairs, publicado neste mês na revista de maior prestígio entre físicos – Physical Review Letters –, confirma a repetição do resultado em testes com mais de uma dezena de materiais, entre os quais, água, vidro, quartzo e diamante. O trabalho, abordado em matéria de capa da edição 2.001 do Boletim UFMG, é fruto de investigações que geraram a tese de Filomeno de Aguiar Júnior e a dissertação de Arthur Patrocínio Pena, sob orientação do professor Ado Jorio, do Departamento de Física da UFMG. 

Cauteloso com o achado, Ado Jorio ressalta que o efeito obtido na supercondutividade eletrônica decorre de milhões de pares de elétrons naquele estado, capazes de produzir grandes campos magnéticos, com aplicações macroscópicas. “Utilizando dois detectores ultrassensíveis, conseguimos provar que os fótons estavam sendo gerados e se propagando em pares, mas medimos pares de Cooper ainda isolados, não agrupados aos milhares”, explica.

Além disso, pondera o coordenador do grupo, embora a supercondutividade eletrônica tenha aplicações de alto impacto, a exemplo de aparelhos de ressonância magnética e alguns trens de alta velocidade, ainda não é possível saber se uma supercondutividade de fótons teria aplicações tão relevantes. Segundo ele, é cedo para pensar em efeitos como supertransparência e supercondutividade luminosa.

Repercussão 

O trabalho, entretanto, foi recebido com entusiasmo pela comunidade científica. Tão logo foi divulgado pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT), dos Estados Unidos, às vésperas da publicação, o artigo repercutiu em periódicos de alto impacto como Nature, Science e Russia News Today. A versão francesa da enciclopédia Wikipedia acrescentou resultados do artigo ao verbete Supraconductivité, em que indaga se existe um equivalente fotônico para a supercondutividade.

“Constatamos que a observação dos pares fotônicos à temperatura ambiente exige condições específicas, isto é, em materiais com átomos leves e ligações muito fortes, como aqueles que contêm carbono”, diz o pesquisador. Segundo ele, os componentes dos pares, tanto os eletrônicos quanto os de fótons, têm de trocar informações entre si por meio de vibração. Se o meio está vibrando demais, é como se houvesse muito ruído no sistema, o que atrapalha a comunicação. Por isso, na supercondutividade de elétrons, é preciso ter temperaturas baixíssimas, mais de 100 graus abaixo de zero, o que equivale a baixa vibração e, portanto, pouco ruído. 

Desse modo, as condições para a supercondutividade elétrica são muito restritas – não é possível, por exemplo, ter em casa uma rede elétrica de supercondutores, porque não existe supercondutor à temperatura ambiente. “Os materiais supercondutores usam nitrogênio líquido, alguns precisam de hélio líquido, sistemas que funcionam a baixíssimas temperaturas, isto é, uma condição muito extrema, muito difícil de ser obtida”.

Embora o fenômeno fotônico possa ser observado até em temperatura ambiente, por enquanto, as descobertas feitas pelo grupo brasileiro abrem mais questionamentos do que campos de aplicação, afirma Ado Jorio. “Pelo estágio de desenvolvimento do trabalho, ainda não se deve superdimensionar o efeito”, pondera. Ele acrescenta, entretanto, que a divulgação do artigo abre uma corrida entre grupos de pesquisa de todo o mundo, para fazer avançar o conhecimento sobre o assunto. “Provavelmente muita gente vai trabalhar nesse tema, iniciado com uma pesquisa totalmente brasileira”, afirma. A aquisição dos equipamentos usados nos experimentos foi viabilizada por financiamento da Finep, do CNPq e da Fapemig.

Ado Jorio explica que o trabalho resulta de projeto de união de duas áreas da Física: ótica quântica e ciência de materiais. “São dois campos muito distintos que, quando conversam, produzem grandes novidades”, afirma. 

Artigo: Photonic counterparts of Cooper Pairs

Revista: Physical Review Letters 

Autores: Ado Jorio e Carlos Henrique Monken (professores da UFMG), Filomeno de Aguiar Júnior e Arthur Patrocínio Pena (alunos da UFMG), André Saraiva, Reinaldo de Melo e Souza, Marcelo F. Santos e Belita Koiller (UFRJ)