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Supercondutor de alta dureza descoberto por computador

Um cientista da Universidade de Binghamton e seus colegas internacionais criaram o primeiro supercondutor concebido inteiramente por previsões de computador. Seus resultados foram publicados na Physical Review Letters.

Aleksey Kolmogorov, professor assistente de física na Universidade de Binghamton, propôs o novo supercondutor na Physical Review Letters em 2010 e, em seguida, juntou-se com os grupos experimentais líderes na Alemanha, Bélgica, Itália e França para testar a previsão.

O supercondutor a base de tetraborato de ferro

A estrutura do tetraboreto de ferro foi identificada com o auxílio de algoritmos evolutivos. Créditos da Imagem: APS/Alan StonebrakerO material sintetizado, um novo composto à base de tetraborato de ferro é feito de dois elementos em comum, tem uma estrutura cristalina inédita e exibe um tipo inesperado de supercondutividade para um material que contém ferro, assim como previsto no estudo computacional de origem.

“Materiais supercondutores que mudam paradigmas já foram descobertos experimentalmente, e muitas vezes acidentalmente”, afirma Kolmogorov.

Até agora, a teoria tem sido utilizada principalmente para investigar os mecanismos de supercondutores e, em casos raros, sugerir maneiras para que os materiais existentes possam ser modificados de modo a se tornarem supercondutores. Mas muitos materiais supercondutores propostos não são estáveis ​​o suficiente para se formarem e aqueles que se formam geralmente são supercondutores pobres.

Supercondutores, que conduzem corrente elétrica, sem qualquer resistência, quando arrefecidos abaixo de uma determinada temperatura, têm muitas aplicações interessantes. Por exemplo, linhas de energia feitas de materiais supercondutores, podem reduzir significativamente a perda de energia na transmissão. Ímãs supercondutores também são utilizados em comboios de alta velocidade para a levitação e poderiam melhorar as turbinas eólicas.

O fenômeno da supercondutividade foi descoberto mais de 100 anos atrás, e teve avanços na década de 1960 o que levou a aplicações práticas em uma variedade de tecnologias. A temperatura crítica, ou Tc, para supercondutores descobertos até hoje varia entre 0 e 136 ºK (ver ferramenta de conversão de unidades de temperatura). Isto significa que a maioria dos supercondutores requerem mecanismos de arrefecimento caros. Os cientistas ainda estão à procura de novos materiais que são supercondutores a temperaturas mais elevadas e que possam ser produzidos em massa. Muitas tecnologias ainda aguardam tais avanços para saírem da prancheta ou sofrerem avanços que as tornem viáveis como por exemplo os aviões híbridos.

Os algoritmos de Kolmogorov

Mais de cinco anos atrás, Kolmogorov, então na Universidade de Oxford, começou a estudar materiais à base de boro, que têm estruturas extremamente complexas e uma ampla gama de aplicações. Ele desenvolveu uma ferramenta computacional automatizada para identificar estruturas cristalinas estáveis ​previamente desconhecidas . Seu algoritmo “evolutivo” emula a natureza, o que significa que privilegia materiais mais estáveis ​​entre milhares de possibilidades. (Kolmogorov é um físico computacional).

A pesquisa revelou dois compostos promissores em um sistema ferro-boro comum, que veio como uma surpresa. Além disso, os cálculos da estudante Sheena Shah indicaram que um deles devia ser supercondutor a uma temperatura anormalmente elevada de 15~20 ºK para o tipo convencional de supercondutividade.

Meses de duplo teste confirmaram os resultados preliminares sobre a estabilidade e a supercondutividade do composto. Ainda assim, a descoberta teórica em 2010 foi recebida com ceticismo.

Natalia Dubrovinskaia e Leonid Dubrovinsky , professores da Universidade de Bayreuth, na Alemanha, realizou uma série de experimentos em alta pressão e produziram uma quantidade muito pequena de tetraborato de ferro na estrutura cristalina prevista, levando as descobertas mais recentes publicadas. Medições detalhadas também demonstraram a propriedade supercondutora prevista do material e inesperadamente, a sua dureza excepcional.

“A descoberta deste supercondutor com dureza adicional demonstra que novos compostos podem ser trazidos à existência revisando sistemas aparentemente bem estudados “, diz Kolmogorov . Agora que este material tenha sido sintetizado, pode ser possível modificar e aumentar a temperatura à qual se outros materiais se tornam supercondutores.

Em seguida, Kolmogorov planeja voltar sua atenção para óxidos metálicos. “Eles são fascinantes, porque eles têm aplicações como catalisadores, materiais fotovoltaicos e revestimentos de proteção”, diz ele. “Esperamos que a nossa metodologia de previsão leve a descobertas mais excitantes .”

Referências

  1. Huiyang Gou, Natalia Dubrovinskaia, Elena Bykova, Alexander A. Tsirlin, Deepa Kasinathan, Walter Schnelle, Asta Richter, Marco Merlini, Michael Hanfland, Artem M. Abakumov, Dmitry Batuk, Gustaaf Van Tendeloo, Yoichi Nakajima, Aleksey N. Kolmogorov, Leonid Dubrovinsky. “Discovery of a Superhard Iron Tetraboride Superconductor”. Physical Review Letters: 2013. DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.157002
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Escrito por Equipe de Redação Ciências e Tecnologia

3 Comentários

  1. Estou me cadastrando para receber novos artigos.

  2. Supercondutor? Se o processo de fabricação não for muito complexo estaremos a um passo dos trens de levitação eletro-magnéticos! :v

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