Pesquisadores da Universidade de Houston alcançaram um grande avanço na supercondutividade, estabelecendo um novo recorde de temperatura para supercondutores operando à pressão ambiente. Poderia eventualmente ajudar a criar redes eléctricas mais eficientes, sistemas de armazenamento de energia melhorados, 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 agora o Tc mais alto já relatado para um supercondutor operando à pressão ambiente desde a descoberta da supercondutividade em 1911.
A temperatura de transição marca o ponto em que um material pode transportar eletricidade com resistência zero. Aumentar esta temperatura tem sido um dos objetivos mais importantes na pesquisa de supercondutividade porque temperaturas operacionais mais altas podem tornar as tecnologias supercondutoras muito mais práticas e acessíveis.
As descobertas dos físicos Ching-Wu Chu e Liangzi Deng foram publicadas em Anais da Academia Nacional de Ciências. O financiamento para o trabalho veio da Intellectual Ventures, do Estado do Texas, por meio do TcSUH e de diversas fundações.
“A transmissão de eletricidade na 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, pouparemos muito esforço e reduziremos o impacto no ambiente”.
Por que os supercondutores são importantes
Supercondutores são materiais que permitem que a eletricidade flua sem resistência. Como a energia não é perdida na forma de calor, eles podem aumentar bastante a eficiência dos sistemas elétricos. Os cientistas também consideram os supercondutores essenciais para tecnologias como a ressonância magnética (MRI), reatores de fusão, tecnologia quântica e eletrônica de alta velocidade.
O problema é que a maioria dos supercondutores só funciona em temperaturas extremamente baixas, exigindo sistemas de resfriamento caros que limitam o uso generalizado.
“Uma vez que levamos um material à pressão ambiente, torna-se muito mais acessível para os cientistas usarem instrumentos bem desenvolvidos para estudá-lo e desenvolverem tecnologias para operações ambientais”, disse Dan, professor associado de física, investigador principal do TcSUH e autor principal do artigo.
O novo recorde quebra a 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 menos 180 graus C, ou 93 K. A 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 alcançou supercondutividade a 140 graus C negativos, ou 133 K. O material manteve o recorde de pressão ambiente por mais de 30 anos.
Uma nova conquista da Universidade de Houston elevou o recorde em 18 graus Celsius, para 151K.
A extinção de pressão cria supercondutividade estável
A descoberta contou com um processo conhecido como têmpera por pressão. Embora as técnicas de pressão sejam comumente usadas em outras indústrias, incluindo a produção de diamantes, esta técnica é relativamente nova na pesquisa de supercondutividade.
Os pesquisadores primeiro submeteram o material a pressões extremamente altas, o que melhorou sua supercondutividade e aumentou a temperatura de transição. Ainda sob pressão, o material foi resfriado a uma temperatura cuidadosamente selecionada antes de a pressão ser repentinamente liberada.
Esta liberação rápida preservou efetivamente as propriedades supercondutoras aprimoradas, permitindo que o material permanecesse estável mesmo após retornar às condições normais de pressão.
“Outros pesquisadores demonstraram que é possível alcançar a supercondutividade à temperatura ambiente sob pressão”, disse Chu. “Nosso método mostra que é possível manter esse estado sem manter a pressão”.
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 interna é de cerca de 300 K, o que deixa uma diferença de cerca de 140 graus Celsius em relação ao novo recorde.
“Esta descoberta tem um grande potencial”, disse Chu. “Acreditamos que com pessoas suficientes trabalhando nisso e com tempo suficiente, podemos concretizar o potencial.”
Chu e Deng também contribuíram para um artigo prospectivo financiado pela Intellectual Ventures e publicado na PNAS. O artigo discute seis abordagens diferentes que os pesquisadores podem usar para aumentar ainda mais as temperaturas dos supercondutores, incluindo a extinção por pressão.
“A supercondutividade à temperatura ambiente tem sido considerada o ‘Santo Graal’ dos cientistas 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 diferença entre o novo recorde estabelecido neste estudo e a temperatura interior ainda é de cerca de 140 graus C. Colmatar esta lacuna exigirá um esforço concentrado e concentrado da comunidade científica mais ampla, incluindo cientistas de materiais, químicos e engenheiros, bem como físicos.”
