Cientistas quebram recorde de supercondutividade de 30 anos em pressão normal
Pesquisadores da Universidade de Houston alcançaram um grande avanço na supercondutividade ao estabelecer um novo recorde de temperatura para supercondutores operando sob condições de pressão ambiente. O avanço poderá eventualmente ajudar a criar redes eléctricas mais eficientes, sistemas avançados de armazenamento de energia, electrónica mais rápida e novas tecnologias para energia de fusão e imagens médicas.
Cientistas do Centro de Supercondutividade do Texas (TcSUH) e do Departamento de Física da Universidade de Houston atingiram uma temperatura de transição supercondutora (Tc) de 151 Kelvin (cerca de 122 graus Celsius negativos). Este é o Tc mais alto até agora para um supercondutor operar à pressão ambiente desde que a supercondutividade foi descoberta pela primeira vez em 1911.
A temperatura de transição marca o ponto em que um material pode conduzir eletricidade com resistência zero. Aumentar esta temperatura é um dos maiores objetivos da pesquisa em supercondutividade porque temperaturas operacionais mais altas podem tornar as tecnologias supercondutoras mais práticas e acessíveis.
As descobertas dos físicos Ching-wu Chu e Liangzhi Deng foram publicadas Anais da Academia Nacional de Ciências. O financiamento para o trabalho veio da Intellectual Ventures, Texas State, através do TcSUH, e de várias fundações.
“Transmitir eletricidade para a rede perde cerca de 8% da eletricidade”, disse Chu, professor de física, diretor fundador do TcSUH e autor sênior do artigo. “Se conservarmos essa energia, pouparemos milhares de milhões de dólares e também nos pouparemos muito esforço e reduziremos os impactos ambientais”.
Por que os supercondutores são importantes
Supercondutores são materiais que permitem que a eletricidade flua sem resistência. Como nenhuma energia é desperdiçada na forma de calor, eles podem melhorar drasticamente a eficiência do sistema elétrico. Os cientistas consideram os supercondutores importantes para tecnologias como ressonância magnética (MRI), reatores de fusão, tecnologia quântica e eletrônica ultrarrápida.
O desafio é que a maioria dos supercondutores opera apenas em temperaturas muito baixas, exigindo sistemas de resfriamento caros que limitam o uso generalizado.
“Uma vez que levamos o material à pressão ambiente, torna-se muito mais acessível para os cientistas usarem instrumentos bem desenvolvidos para investigá-lo e desenvolver mais tecnologias para operação em condições ambientais”, disse Deng, professor assistente de física, investigador principal do TcSUH e autor principal do artigo.
O novo recorde está quebrando uma barreira de décadas
Os pesquisadores passaram décadas procurando materiais supercondutores com temperaturas de transição cada vez mais altas.
Um marco importante ocorreu em 1987, quando Chu e os seus colegas descobriram que um material conhecido como YBCO poderia tornar-se supercondutor a 180 graus Celsius negativos, ou 93 K. Esta descoberta ajudou a iniciar uma corrida global para desenvolver supercondutores de alta temperatura.
Em 1993, os cientistas descobriram uma cerâmica de óxido de cobre à base de mercúrio chamada Hg1223 que atingiu a supercondutividade a 140 graus Celsius negativos, ou 133 K. Este material manteve recordes de pressão ambiente por mais de 30 anos.
A nova conquista da Universidade de Houston elevou o recorde de 18 graus Celsius para 151 K.
O alívio do estresse produz supercondutividade estável
O progresso depende de um processo conhecido como alívio do estresse. Embora as técnicas de pressão sejam comumente usadas em outros campos, incluindo a produção de diamantes, o método é relativamente novo na pesquisa de supercondutividade.
Os pesquisadores primeiro submeteram o material a pressões extremamente altas, o que melhorou seu comportamento supercondutor e aumentou sua temperatura de transição. Enquanto estava sob pressão, o material foi resfriado a uma temperatura cuidadosamente selecionada antes que a pressão fosse repentinamente removida.
Esta liberação rápida preservou efetivamente as propriedades supercondutoras aprimoradas, permitindo que o material permanecesse estável mesmo após retornar às condições normais de tensão.
“Outros pesquisadores demonstraram que é possível atingir a supercondutividade à temperatura ambiente sob pressão”, disse Chu. “Nosso método mostra que é possível manter esse estado sem manter o estresse”.
Um passo em direção aos supercondutores à temperatura ambiente
Embora a supercondutividade à temperatura ambiente e à pressão ambiente permaneça fora de alcance, os pesquisadores dizem que o novo recorde é um passo importante em direção a esse objetivo. A temperatura ambiente é de cerca de 300 K, deixando uma lacuna de cerca de 140 °C em relação ao recorde recém-alcançado.
“Esta descoberta tem um grande potencial”, disse Chu. “Acreditamos que, com pessoas suficientes trabalhando nisso e com tempo suficiente, seremos capazes de concretizar o potencial.”
Chu e Deng também contribuíram para um artigo de perspectiva complementar financiado pela Intellectual Ventures e publicado na PNAS. O artigo discute seis abordagens diferentes que os pesquisadores podem usar para aumentar ainda mais a temperatura supercondutora, incluindo a extinção por pressão.
“A supercondutividade à temperatura ambiente tem sido vista pelos cientistas como o ‘Santo Graal’ há mais de um século”, disse Rohit Prasankumar, diretor de pesquisa de supercondutividade da Intellectual Ventures. “Os resultados da equipa do UH mostram que este objectivo está mais próximo do que nunca. No entanto, a distância entre o novo recorde estabelecido neste estudo e a temperatura ambiente ainda é de cerca de 140 graus Celsius. Colmatar esta lacuna exigirá um esforço concertado e deliberado da comunidade científica mais ampla, incluindo cientistas de materiais, químicos e engenheiros, bem como físicos.”
