Em busca de supercondutores de temperatura ambiente
Imagine um mundo em que os trens de levitação magnética (maglev) sejam comuns, os computadores sejam rápidos, os cabos de alimentação tenham pouca perda e existam 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.
O que é supercondutividade à temperatura ambiente?
Um supercondutor de temperatura ambiente (RTS) é um tipo de supercondutor de alta temperatura (high-T c ou HTS) que opera mais próximo da temperatura ambiente do que ao 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 vista 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, por outro lado, poderia ser resfriado com gelo de água comum .
A busca por um supercondutor de temperatura ambiente
Elevar a temperatura crítica da supercondutividade a 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. ganhou o Prêmio Nobel de Física de 1987 e abriu as portas para novas descobertas.
O supercondutor de temperatura mais alta até o momento, descoberto em 2015 por Mikhail Eremets e sua equipe, é o hidreto de enxofre (H 3 S). O hidreto de enxofre tem uma temperatura de transição em torno de 203 K (-70 ° C), mas apenas sob pressão extremamente alta (em torno de 150 gigapascais). Os pesquisadores prevêem que 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 se 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 perto da temperatura ambiente. A equipe de Harvard que afirmou produzir hidrogênio metálico relatou que o efeito Meissner pode ter sido observado a 250 K. Com base no emparelhamento de elétrons mediado por exciton (não emparelhamento mediado por fonon da teoria BCS), é possível observar supercondutividade a alta temperatura em produtos orgânicos. polímeros sob as condições corretas.
A linha inferior
Inúmeros relatos 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.
Pontos chave
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 aplicações potenciais dos supercondutores à temperatura ambiente incluem computadores mais rápidos, novos métodos de armazenamento de dados e transferência de energia aprimorada.
