Recurso de supercondutor visto operando em temperaturas antes consideradas impossíveis: WebCuriosos
Uma característica crucial da supercondutividade acaba de ser observada a temperaturas muito mais elevadas do que os cientistas pensavam ser possível.
Os físicos descobriram que os elétrons se emparelham da mesma forma que fazem em materiais supercondutores em um material inesperado, acima das temperaturas incrivelmente baixas, materiais semelhantes permitem que a supercondutividade ocorra.
A supercondutividade descreve a maneira como os elétrons se movem através de um material sem qualquer resistência e subsequente perda de energia. Observamos esse fenômeno em muitos materiais diferentes, mas há um porém. Parece que só conseguimos fazer isso acontecer em temperaturas extremamente baixas, perto de zero absoluto (-273,15 graus Celsius, ou -460 graus Fahrenheit), ou temperaturas um pouco menos frias com muita pressão.
Embora os elétrons nos materiais recentemente testados não tenham alcançado um fluxo livre de resistência, seu emparelhamento é uma etapa crítica necessária para que isso ocorra, levando potencialmente à supercondutividade que não exigirá grandes equipamentos.
“Os pares de elétrons estão nos dizendo que estão prontos para se tornarem supercondutores, mas algo os está impedindo”, diz o físico Ke-Jun Xu da Universidade de Stanford. “Se conseguirmos encontrar um novo método para sincronizar os pares, poderemos aplicá-lo para possivelmente construir supercondutores de temperaturas mais altas.”
O material é um cristal em camadas à base de cobre, ou cuprato, chamado óxido de cobre neodímio cério (Nd2−xCexCuO4). Em baixas temperaturas, o cristal exibe supercondutividade, mas torna-se significativamente mais resistente em temperaturas mais altas.
Agora, para que a supercondutividade entre em ação, os elétrons precisam que sua identidade quântica esteja emaranhada, transformando-os no que é conhecido como Par de Cooper. Só então eles poderão tecer suavemente pela floresta atômica com esforço zero.
Supercondutores convencionais, que exibem supercondutividade abaixo de cerca de 25 Kelvin (-248 graus Celsius, ou -415 graus Fahrenheit), emaranham seus elétrons por meio de vibrações no material subjacente.
Cupratos são supercondutores não convencionais, exibindo supercondutividade em temperaturas de até 130 Kelvin. Os cientistas pensam que existe outro mecanismo responsável pelo emparelhamento de electrões nestes materiais, mas o processo exacto ainda é um tanto obscuro.
O óxido de cobre e neodímio cério que Xu e sua equipe estudaram é como um supercondutor convencional, pois não apresenta o fenômeno acima de 25 Kelvin, o que lhes permite estudar os estágios da supercondutividade. À medida que os elétrons se entrelaçam, eles são menos resistentes à ejeção do material à medida que a temperatura aumenta; isto é, o material perde energia a uma taxa menor. Isso é conhecido como lacuna de emparelhamento.
A equipe observou seu material retendo mais energia em temperaturas de até 140 Kelvin (-133 graus Celsius, ou -207 graus Fahrenheit) – muito mais altas do que a temperatura de transição de supercondutividade de 25 Kelvin. Isto sugere que os elétrons formam pares de Cooper em temperaturas bastante altas, relativamente falando.
Ainda não está claro o que está induzindo o emparelhamento. E o material específico pode não ser aquele que nos levará à supercondutividade à temperatura ambiente. Mas poderia ser um meio de encontrar as respostas e o material no futuro.
A supercondutividade em temperatura ambiente é um grande problema. Imagine 100% de eficiência energética – poderíamos reduzir o tamanho do circuito necessário para transportar electrões, acumulando mais energia num espaço mais pequeno para uma tecnologia mais rápida e mais barata.
Mas decifrar o código tem sido muito difícil. Tivemos alguns avanços reivindicados, como o muito elogiado LK-99, mas todos eles não deram em nada.
É provável que o progresso seja mais incremental – como observar algumas das características da supercondutividade em materiais de alta temperatura, descobrir por que isso acontece, avançando passo a passo meticulosamente.
“Nossas descobertas abrem um novo caminho potencialmente rico”, diz o físico Zhi-Xun Shen da Universidade de Stanford.
“Planejamos estudar essa lacuna de emparelhamento no futuro para ajudar a projetar supercondutores usando novos métodos. Por um lado, planejamos usar abordagens experimentais semelhantes no SSRL para obter mais informações sobre esse estado de emparelhamento incoerente. Por outro lado, queremos encontrar maneiras de manipular esses materiais para talvez coagir esses pares incoerentes à sincronização.”
A pesquisa foi publicada em Ciência.
