Primeiro material supercondutor que atua a temperatura ambiente empolga cientistas

Ímã levita acima de um supercondutor resfriado por nitrogênio líquido. Crédito: Mai-Linh Doan / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Uma equipe de cientistas criou um material misterioso que parece conduzir eletricidade sem qualquer resistência em temperaturas de até 15º C. Trata-se de um novo recorde para a supercondutividade, uma propriedade que normalmente está associada a temperaturas muito frias. O material em si ainda é pouco compreendido, mas mostra o mesmo potencial que uma classe de supercondutores descobertos em 2015.

Porém, o novo supercondutor possui uma limitação muito séria: ele só se mantém sob pressões extremamente altas, próximas daquelas encontradas no centro da Terra, o que significa que não haverá qualquer aplicação prática imediata. Ainda assim, os físicos esperam que a descoberta possa pavimentar o caminho para o desenvolvimento de materiais com resistência zero, e que possam funcionar sob pressões mais baixas.

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Os materiais supercondutores possuem inúmeras aplicações tecnológicas, que vão de máquinas para ressonância magnética até torres de celular. Agora, novas pesquisas estão utilizando-os em geradores de alta-performance para turbinas de vento. Mas seu uso ainda se encontra limitado pela necessidade de criogenia. Os materiais supercondutores precisam ser mantidos a temperaturas muito baixas para que possam ser empregados sob pressões mais brandas. Mesmo os mais sofisticados, como os materiais de cerâmica baseados em óxidos de cobre, só trabalham com temperaturas inferiores a -140ºC. Eventuais materiais supercondutores que trabalhem à temperatura ambiente poderiam ter um grande impacto tecnológico, por exemplo, na forma de componentes eletrônicos que seriam capazes de funcionar mais rapidamente sem superaquecer.

O estudo mais recente, publicado na revista Nature no dia 14 de outubro, parece fornecer evidências convincentes de condutividade em condições de alta temperatura, diz o físico Mikhail Eremets do Instituto Max Planck para Química em Mainz, na Alemanha, embora ele acrescente que gostaria de ver mais “dados crus” do experimento. Ele diz que a descoberta reforça uma linha de trabalho que ele começou em 2015, quando seu grupo relatou o primeiro material supercondutor que funcionava a alta temperatura e sob alta pressão: um composto de hidrogênio e enxofre que possuía resistência zero até -70ºC.

Em 2018, um composto de alta-pressão de hidrogênio e lantânio apresentou supercondutividade com -13ºC. Mas os novos resultados marcam a primeira vez em que esse tipo de supercondutividade foi observada em um composto de três elementos ao invés de dois: o material é feito de carbono, enxofre e hidrogênio. Acrescentar um terceiro elemento aumenta bastante as combinações que podem ser incluídas em experimentos futuros na busca por novos supercondutores, diz o co-autor do estudo, Ashkan Salamat, físico da Universidade de Nevada, em Las Vegas. “Nós abrimos uma região completamente nova” de pesquisa, ele diz.

Materiais que são supercondutores em pressões altas mas não extremas poderia ser usados de forma prática, diz Maddury Somayazulu, cientista de materiais de alta pressão no Laboratório Nacional Argonne, em Lemont, Illinois. Na opinião de Somayazulu, o novo estudo mostra que ao “escolher cuidadosamente o terceiro e o quarto elemento” em um supercondutor se poderia, a princípio, diminuir sua pressão operacional.

O trabalho também valida décadas de previsões, feitas pelo físico teórico Neil Ashcroft, da Universidade de Cornell, que materiais ricos em hidrogênio podem apresentar supercondutividade a temperaturas muito maiores do que se acreditava possível. “Poucas pessoas fora da comunidade de alta-pressão levaram ele a sério”, diz Somayazulu.

Material misterioso

A física Ranga Dias, da Universidade de Rochester, junto com Salamat e outros colaboradores, inseriu uma mistura de carbono, hidrogênio e enxofre em um nicho microscópico que foi esculpido entre as pontas de dois diamantes. Depois, usando de laser, os pesquisadores deram início a reação químicas na amostra, e observaram a formação de cristais. Conforme diminuíram a temperatura no experimento, a resistência à corrente elétrica que atravessava o material caiu para zero, indicando que a mostra havia se tornado supercondutora. Eles então aumentaram a pressão, e descobriram que essa transição ocorria em temperaturas cada vez maiores. O melhor resultado foi uma temperatura de transição de 14,5º C em 267 gigapascals — o equivalente a 2,6 milhões de vezes a pressão da atmosfera terrestre a nível do mar.

Os pesquisadores também encontraram evidências de que o cristal expeliu seu campo magnético na temperatura de transição, um teste crucial para a supercondutividade. Mas muita coisa sobre o material ainda é ignorada, alertam os pesquisadores. “Há muito a ser feito”, diz Eremets. Até mesmo a estrutura exata do cristal e sua a fórmula química ainda não são compreendidas. “Conforme aumentamos a pressão, o tamanho da amostra diminui”, diz Salamat. “É isso que faz com que esse tipo de medição seja realmente difícil.”

Os supercondutores de alta pressão feitos com hidrogênio e mais algum elemento são bem compreendidos. E pesquisadores realizaram simulações de computadores de misturas de carbono, hidrogênio e enxofre em alta-pressão, diz Eva Zurek, química computacional na Universidade do Estado de Nova York. Mas ela diz que esses estudos não podem explicar as temperaturas excepcionalmente altas para a supercondução observadas pelo grupo de Dias. “Eu tenho certeza que, após a publicação deste manuscrito, muitos grupos teóricos e experimentais irão se dedicar a esse problema”, ela diz.

Esse artigo foi reproduzido com permissão e foi publicado primeiramente em 14 de outubro de 2020

Davide Castelvecchi

Revista Nature

Publicado em 15/10/2020