Em busca de supercondutores de temperatura ambiente

Imagine um mundo em que trens de levitação magnética (maglev) são comuns, os computadores são extremamente rápidos, os cabos de energia têm pouca perda e existem novos detectores de partículas. Este é o mundo em que os supercondutores à temperatura ambiente são uma realidade. Até agora, este é um sonho do futuro, mas os cientistas estão mais próximos do que nunca de alcançar a supercondutividade à temperatura ambiente.

Um supercondutor de temperatura ambiente (RTS) é um tipo de supercondutor de alta temperatura (alto T_c ou HTS) que opera mais próximo temperatura do quarto do que zero absoluto. No entanto, a temperatura operacional acima de 0 ° C (273,15 K) ainda está bem abaixo do que muitos consideram temperatura ambiente "normal" (20 a 25 ° C). Abaixo da temperatura crítica, o supercondutor tem zero resistência elétrica e expulsão de campos de fluxo magnético. Embora seja uma simplificação excessiva, a supercondutividade pode ser pensada como um estado de perfeita condutividade elétrica.

Os supercondutores de alta temperatura exibem supercondutividade acima de 30 K (-243,2 ° C). Enquanto um supercondutor tradicional deve ser resfriado com hélio líquido para se tornar supercondutor, um supercondutor de alta temperatura pode ser resfriado usando nitrogênio líquido. Um supercondutor de temperatura ambiente, ao contrário, poderia ser resfriado com gelo de água comum.

Aumentar a temperatura crítica da supercondutividade para uma temperatura prática é um santo graal para físicos e engenheiros elétricos. Alguns pesquisadores acreditam que a supercondutividade à temperatura ambiente é impossível, enquanto outros apontam para avanços que já superaram as crenças anteriores.

A supercondutividade foi descoberta em 1911 por Heike Kamerlingh Onnes em mercúrio sólido resfriado com hélio líquido (Prêmio Nobel de Física de 1913). Não foi até a década de 1930 que os cientistas propuseram uma explicação de como a supercondutividade funciona. Em 1933, Fritz e Heinz London explicaram o Efeito Meissner, em que um supercondutor expele campos magnéticos internos. Da teoria de Londres, as explicações cresceram para incluir a teoria de Ginzburg-Landau (1950) e a teoria microscópica do BCS (1957, denominada Bardeen, Cooper e Schrieffer). Segundo a teoria do BCS, parecia que a supercondutividade era proibida em temperaturas acima de 30 K. No entanto, em 1986, Bednorz e Müller descobriram o primeiro supercondutor de alta temperatura, um material de perovskita de cuprato à base de lantânio com temperatura de transição de 35 K. A descoberta rendeu-lhes o Prêmio Nobel de Física de 1987 e abriu as portas para novas descobertas.

O supercondutor de temperatura mais alta até hoje, descoberto em 2015 por Mikhail Eremets e sua equipe, é o hidreto de enxofre (H₃S) O hidreto de enxofre tem uma temperatura de transição em torno de 203 K (-70 ° C), mas apenas sob pressão extremamente alta (cerca de 150 gigapascais). Pesquisadores prever a temperatura crítica pode ser aumentada acima de 0 ° C se os átomos de enxofre forem substituídos por fósforo, platina, selênio, potássio ou telúrio e aplicar pressão ainda maior. No entanto, embora os cientistas tenham proposto explicações para o comportamento do sistema de hidreto de enxofre, eles foram incapazes de replicar o comportamento elétrico ou magnético.

O comportamento de supercondução à temperatura ambiente foi reivindicado para outros materiais além do hidreto de enxofre. O supercondutor de alta temperatura óxido de cobre e ítrio bário (YBCO) pode se tornar supercondutor a 300 K usando pulsos de laser infravermelho. O físico de estado sólido Neil Ashcroft prevê que o hidrogênio metálico sólido deve ser supercondutor próximo à temperatura ambiente. A equipe de Harvard que afirmou produzir hidrogênio metálico relatou o efeito Meissner pode ter sido observada a 250 K. Com base no emparelhamento de elétrons mediado por exciton (não emparelhamento mediado por fonon da teoria BCS), é possível supercondutividade a alta temperatura pode ser observada em polímeros orgânicos sob a condições.

Inúmeros relatórios de supercondutividade à temperatura ambiente aparecem na literatura científica; portanto, a partir de 2018, a conquista parece possível. No entanto, o efeito raramente dura muito e é diabolicamente difícil de replicar. Outra questão é que extrema pressão pode ser necessária para alcançar o efeito Meissner. Depois que um material estável é produzido, as aplicações mais óbvias incluem o desenvolvimento de fiação elétrica eficiente e eletroímãs poderosos. A partir daí, o céu é o limite, no que diz respeito à eletrônica. Um supercondutor de temperatura ambiente oferece a possibilidade de não haver perda de energia a uma temperatura prática. A maioria das aplicações do RTS ainda não foi imaginada.

• Um supercondutor de temperatura ambiente (RTS) é um material capaz de supercondutividade acima de uma temperatura de 0 ° C. Não é necessariamente supercondutor à temperatura ambiente normal.
• Embora muitos pesquisadores afirmem ter observado supercondutividade à temperatura ambiente, os cientistas foram incapazes de replicar com segurança os resultados. No entanto, existem supercondutores de alta temperatura, com temperaturas de transição entre -243,2 ° C e -135 ° C.
• As possíveis aplicações dos supercondutores à temperatura ambiente incluem computadores mais rápidos, novos métodos de armazenamento de dados e transferência de energia aprimorada.

• Bednorz, J. G.; Müller, K. UMA. (1986). "Possível supercondutividade alta do TC no sistema Ba-La-Cu-O". Zeitschrift für Physik B. 64 (2): 189–193.
• Drozdov, A. P.; Eremets, M. EU.; Troyan, I. UMA.; Ksenofontov, V.; Shylin, S. EU. (2015). "Supercondutividade convencional a 203 kelvin a altas pressões no sistema de hidreto de enxofre". Natureza. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Yao, Y. G. (2016). "Demonstração dos primeiros princípios de supercondutividade a 280 K em sulfeto de hidrogênio com baixa substituição de fósforo". Phys. Rev. B. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Manual de eletrônica supercondutora de alta temperatura. CRC Pressione.
• Mankowsky, R.; Subedi, A.; Först, M.; Mariager, S. O.; Chollet, M.; Lemke, H. T.; Robinson, J. S.; Glownia, J. M.; Minitti, M. P.; Frano, A.; Fechner, M.; Spaldin, N. UMA.; Loew, T.; Keimer, B.; Georges, A.; Cavalleri, A. (2014). "Dinâmica de rede não linear como base para supercondutividade aprimorada em YBa₂Cu₃O_6.5". Natureza. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Supercondutividade à temperatura ambiente. Publicação Internacional de Ciências de Cambridge.