Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert
Um novo marco importante acaba de ser alcançado na busca pela supercondutividade. Pela primeira vez, os físicos alcançaram o fluxo livre de resistência de uma corrente elétrica em temperatura ambiente – positivamente amenos 15 graus Celsius.
Isso quebrou o recorde anterior de -23 graus Celsius e levou a perspectiva da supercondutividade funcional um passo grande à frente.
“Por causa dos limites da baixa temperatura, materiais com propriedades tão extraordinárias não transformaram o mundo da maneira que muitos poderiam imaginar”, disse o físico Ranga Dias, da Universidade de Rochester (EUA), em nota à imprensa.
“No entanto, nossa descoberta quebrará essas barreiras e abrirá uma porta para muitas aplicações potenciais”.
A supercondutividade foi descoberta pela primeira vez em 1911 e, desde então, tornou-se uma meta perseguida de forma fervorosa na física da matéria condensada.
Ela consiste em duas propriedades principais. O primeiro é a resistência zero. Normalmente, o fluxo de uma corrente elétrica encontra algum grau de resistência – um pouco como a resistência do ar empurra um objeto em movimento, por exemplo. Quanto maior a condutividade de um material, menos resistência elétrica ele tem e a corrente pode fluir mais livremente.
O segundo é algo chamado de efeito Meissner, no qual os campos magnéticos do material supercondutor são expelidos. Isso força as linhas do campo magnético a redirecionar em torno do material. Se um pequeno ímã permanente for colocado acima de um material supercondutor, a força repulsiva dessas linhas de campo magnético fará com que ele levite.
As aplicações potenciais da supercondutividade podem revolucionar nosso mundo – dos transportes de levitação magnética (maglev) à transferência de dados e às redes elétricas sem perdas. Mas há um grande problema.
Os materiais supercondutores geralmente são criados e mantidos em temperaturas extremamente baixas, muito abaixo das encontradas na natureza. Manter os materiais nessas temperaturas é difícil e caro, o que tem se mostrado uma barreira prática para uma implementação mais ampla.
Recentemente, os físicos obtiveram sucesso ao aumentar a temperatura em elementos leves, como o sulfeto de hidrogênio e o hidreto de lantânio. O elemento comum ali é o hidrogênio, o elemento mais leve da natureza. Mas o hidrogênio como gás é um isolante; para torná-lo supercondutor, ele precisa ser metalizado sob pressões imensas.
“Para obter um supercondutor de alta temperatura, você precisa de ligações mais fortes e de elementos leves. Esses são os dois critérios básicos. O hidrogênio é o material mais leve, e a ligação de hidrogênio é uma das mais fortes”, disse Dias.
“Acredita-se que o hidrogênio metálico sólido tenha alta temperatura de Debye e forte interação elétron-fônon, necessária para a supercondutividade à temperatura ambiente”.
Visto que o hidrogênio metálico puro só pode ser criado sob extrema pressão, as condições certas são extremamente difíceis de alcançar. Duas equipes relataram sucesso em criá-lo nos últimos anos.
Em 2017, os físicos relataram a obtenção de hidrogênio metálico em pressões entre 465 e 495 gigapascais e temperaturas de 5,5 Kelvin (-267,65°C). Em 2019, os físicos relataram a obtenção de hidrogênio metálico a pressões de 425 gigapascais e temperaturas de 80 Kelvin (-193°C). Nenhum deles estava próximo da temperatura ambiente. E, para referência, a pressão no núcleo da Terra é de entre 330 e 360 gigapascais.
A segunda melhor coisa para a supercondutividade é um metal rico em hidrogênio, como o sulfeto de hidrogênio e o hidreto de lantânio usados em experimentos anteriores. Eles imitam as propriedades supercondutoras do hidrogênio metálico puro em pressões muito mais baixas.
Então, uma equipe de físicos liderada por Elliot Snider, da Universidade de Rochester, começou a fazer experiências. Primeiro, eles tentaram combinar o hidrogênio com o ítrio para criar o super-hidreto de ítrio. Este material exibiu supercondutividade a -11 graus Celsius sob 180 gigapascais de pressão.
Em seguida, Snider e sua equipe tentaram combinar carbono, enxofre e hidrogênio para criar hidreto de enxofre carbonáceo. Eles espremeram uma pequena amostra em uma bigorna de diamante e mediram a supercondutividade. E eles conseguiram – a 270 gigapascals e 15 graus Celsius.
Obviamente, ainda está longe de ser utilizável nas circunstâncias do dia a dia. Os tamanhos das amostras eram microscópicos, entre 25 e 35 mícrons, e a pressão na qual a supercondutividade emergia ainda era pouco prática.
A próxima etapa da pesquisa será tentar reduzir a alta pressão necessária ajustando a composição química da amostra. Se conseguirem obter a combinação certa, os pesquisadores acreditam que um supercondutor à temperatura ambiente e à pressão ambiente finalmente estará ao nosso alcance.
A pesquisa foi publicada na Nature.
