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Pesquisadores alcançam supercondutividade sem resfriamento

Supercondutores podem transportar corrente elétrica sem qualquer resistência e, portanto, sem qualquer perda de qualquer natureza. Eles já estão sendo usados em algumas áreas de nichos específicos, como por exemplo imãs para aparelhos de tomografia e aceleradores de partículas. No entanto, os materiais devem ser resfriados a temperaturas muito baixas, próximas ao zero absoluto para se tornarem supercondutores, tais temperaturas são muito difíceis de serem atingidas e mantidas fora do laboratório na maioria das aplicações que podem se beneficiar da supercondutividade. Porém no ano passado, um experimento fez com que os físicos tivessem uma agradável surpresa: ao direcionarem pulsos muito curtos de um laser infravermelho sobre cerâmica, eles conseguiram pela primeira vez torna-la supercondutora em temperatura ambiente.

A supercondutividade em temperatura ambiente dura apenas o tempo de vida de um pulso ultracurto do laser, contudo, esse efeito foi suficiente para mexer com toda a equipe de pesquisadores.

Uma equipe de físicos do Instituto Max Planck, em Hamburgo, fez contribuições cruciais a pesquisa, essas contribuições têm sido capazes de apresentar uma possível explicação desse efeito, que poderá ajudar no desenvolvimento de materiais que se tornem supercondutores a temperaturas significativamente mais elevadas do que as atuais de forma sustentável.

Os cientistas acreditam que os pulsos de laser causam “átomos individuais” na rede cristalina, que mudam rapidamente para melhorar a supercondutividade. As descobertas também podem ajudar no desenvolvimento de matérias que se tornem supercondutores à temperaturas significativamente mais elevadas e sejam, portanto, de interesse para novas aplicações.

A supercondutividade era conhecida apenas em alguns metais com temperaturas pouco acima do zero absoluto a pelo menos -273° C. Já na década de 1980, os físicos descobriram uma nova classe, com base em materiais cerâmicos. Estes conduziam eletricidade sem resistência a temperaturas de -200° C, sem perdas, e, portanto, foram chamados de supercondutores de alta temperatura. Uma dessas cerâmicas é composta de óxido de ítrio, bário e cobre (YBCO). Ela é um dos materiais mais promissores para aplicações técnicas, tais como cabos supercondutores, motores e geradores elétricos.

O cristal de YBCO tem uma estrutura especial: composta de duas camadas finas de óxido de cobre alternadas com camadas intermediárias mais espessas compostas de bário, cobre e de oxigênio.

Supercondutividade

A excitação ressonante de oscilações de oxigênio (borrada) entre CuO2 camadas duplas (azul claro, laranja, e vermelho) com pulsos de luz curtos leva aos átomos na rede cristalina brevemente deslocandos suas posições de equilíbrio. Este deslocamento provoca um aumento na separação de camadas CuO2 dentro de uma camada dupla e uma redução simultânea das separações entre as camadas duplas. É altamente provável que esta iniciativa aumenta a supercondutividade.

O resultado ajuda os cientistas a desenvolver novos materiais supercondutores

A supercondutividade tem suas origens nas camadas duplas finas de dióxido de cobre. Este é o lugar onde os elétrons podem se juntar para formar os chamados pares de Cooper. Estes pares podem “tunelar” as diferentes camadas, o que significa que podem passar por estas camadas como fantasmas atravessando paredes, figurativamente falando – um típico efeito quântico.

O cristal somente se torna supercondutor abaixo de uma “temperatura crítica“, que torna possível o tunelamento dos pares de Cooper, não apenas dentro das camadas duplas, mas também através das camadas mais espessas até a próxima camada dupla. Acima da temperatura crítica, o material se comporta de uma maneira muito fraca.

Quando o cristal de YBCO é irradiado com um pulso de laser infravermelho, nesse instante ele se torna supercondutor a temperatura ambiente.

O pulso infravermelho não faz apenas com que os átomos oscilem, ele também faz com que esses átomos se desloquem de sua posição original no cristal. Este deslocamento torna a camada de dióxido de cobre mais grosso – por dois picometros, ou um centésimo do diâmetro de um átomo. – Ao mesmo tempo com que faz a camada intermediaria tornar-se mais fina na mesma medida. Isto, por sua vez, aumentou o acoplamento quântico entre as camadas duplas de tal modo que o cristal se tornou supercondutor à temperatura ambiente durante alguns milionésimos de microssegundos.

Por um lado, o novo resultado ajuda a refinar a teoria ainda incompleta de supercondutores de alta temperatura. Por outro lado, ele poderia ajudar os cientistas de materiais a desenvolver novos supercondutores com temperaturas críticas mais elevadas”, diz Mankowsky. “E, finalmente, para alcançar o sonho de um supercondutor que trabalhe à temperatura ambiente, sem precisar de refrigeração.” Até agora, os ímãs supercondutores, motores e cabos devem ser arrefecidos a temperaturas criogênicas com nitrogênio líquido ou hélio. Se este complexo resfriamento não for mais necessário, isso significaria um grande avanço para essa tecnologia na distribuição de energia elétrica.

Referencias

  1. R. Mankowsky, et al., “Nonlinear lattice dynamics as a basis for enhanced superconductivity in YBa2Cu3O6.5,” Nature 516, 71–73 (04 December 2014); doi:10.1038/nature13875
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Escrito por Equipe de Redação Ciências e Tecnologia

4 Comentários

  1. Aberto o caminho para a construção de MICRO computadores quãnticos, pois os modelos atuais, parecem os primeiros modelos construídos na década de 50; ocupam uma sala inteira mais por conta do resfriamento do supercondutor…

  2. Marcos Vinicius

    É muito bom ver que a ciencia esta evoluindo, as novas descobertas abrem portas para os que desejam seguir a carreira de pesquisador. O site está de parabéns por nos oferecer novas perspectivas da ciencia atual.

  3. josuel siva barbosa

    excitante

  4. josuel siva barbosa

    corrida para energia livre e exsecial para todas as areas de ciencia e tecnologia

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Equipe de físicos do Instituto Max Planck, em Hamburgo, fez contribuições cruciais que tem sido capaz de apresentar uma possível explicação desse efeito.