Pesquisadores da Universidade de Houston fizeram um grande avanço na supercondutividade, estabelecendo um novo recorde de temperatura para um supercondutor operando sob condições de pressão ambiente. Este avanço poderia, em última análise, ajudar a criar uma rede mais eficiente, sistemas de armazenamento de energia melhorados, electrónica mais rápida e novas tecnologias em energia de fusão e imagens médicas.
Cientistas do Texas Superconductivity Center (TcSUH) e do Departamento de Física da Universidade de Houston atingiram uma temperatura de transição supercondutora (Tc) de 151 Kelvin (aproximadamente -122 graus Celsius). Este é o Tc mais alto relatado até agora para um supercondutor operando 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 tem sido um dos maiores objetivos da pesquisa em supercondutores, porque temperaturas operacionais mais altas poderiam tornar a tecnologia supercondutora mais prática e econômica.
Os resultados da pesquisa dos físicos Chu Jingwu e Deng Liangzi foram publicados em ” Anais da Academia Nacional de Ciências. O financiamento para este trabalho vem da Intellectual Ventures, do Estado do Texas através do TcSUH e de diversas fundações.
“Cerca de 8% da energia é perdida durante a transmissão de eletricidade na rede”, disse Chu, professor de física, diretor fundador do TcSUH e autor sênior do artigo. “Se conservarmos energia, podemos poupar milhares de milhões de dólares, mas também nos poupa muita energia e reduz o nosso impacto no ambiente.”
Por que os supercondutores são importantes
Um supercondutor é um material que permite que a corrente elétrica flua sem resistência. Como a energia não é perdida na forma de calor, eles podem aumentar significativamente a eficiência dos sistemas elétricos. Os cientistas também acreditam que os supercondutores são essenciais para tecnologias como a ressonância magnética (MRI), reatores de fusão, tecnologia quântica e eletrônica ultrarrápida.
O desafio é que a maioria dos supercondutores só funciona a temperaturas extremamente baixas, exigindo sistemas de refrigeração dispendiosos, limitando a sua utilização generalizada.
“Assim que colocarmos o material sob pressão ambiental, os cientistas poderão estudá-lo mais facilmente usando instrumentação avançada e desenvolver técnicas para operar em condições ambientais”, disse Deng, professor assistente de física, investigador principal do TcSUH e autor principal do artigo.
Novo recorde quebra 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 colaboradores descobriram que um material chamado YBCO poderia superconduzir a -180 graus Celsius, ou 93 K. A descoberta ajudou a lançar 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 atinge supercondutividade a -140 graus Celsius (133 K). O material mantém recordes de estresse ambiental há mais de 30 anos.
A nova conquista da Universidade de Houston eleva o recorde em 18 graus Celsius, para 151 K.
A extinção de pressão cria supercondutividade estável
A descoberta depende de um processo chamado têmpera por pressão. Embora as técnicas de pressão sejam comumente usadas em outros campos, incluindo a produção de diamantes, o método é relativamente novo na pesquisa de supercondutores.
Os pesquisadores primeiro colocaram o material sob pressão extremamente alta, o que melhorou seu comportamento supercondutor e aumentou sua temperatura de transição. Ainda sob pressão, o material é resfriado a uma temperatura cuidadosamente escolhida e então a pressão é repentinamente removida.
Esta liberação rápida retém efetivamente as propriedades supercondutoras aprimoradas, permitindo que o material permaneça estável mesmo após retornar às condições normais de pressão.
“Outros pesquisadores demonstraram que é possível alcançar a supercondutividade à temperatura e pressão ambientes”, disse Chu. “Nossa abordagem mostra que este estado pode ser mantido sem manter 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 este novo recorde é um avanço importante em direção a esse objetivo. A temperatura ambiente é de cerca de 300 K, o que é cerca de 140°C diferente do recorde recém-alcançado.
“Esta descoberta tem um enorme potencial”, disse Chu. “Acreditamos que com um número suficiente de pessoas comprometidas e com tempo suficiente, seremos capazes de concretizar o potencial.”
Chu e Deng também escreveram um artigo de perspectiva financiado pela Intellectual Ventures e publicado na PNAS. O artigo discute seis métodos diferentes que os pesquisadores podem usar para aumentar ainda mais as temperaturas dos supercondutores, incluindo a extinção por pressão.
“Por mais de um século, a supercondutividade à temperatura ambiente foi considerada o ‘Santo Graal’ pelos cientistas”, disse Rohit Prasankumar, diretor de pesquisa de supercondutividade da Intellectual Ventures. “Os resultados da equipa de investigação da Universidade do Havai mostram que este objetivo está mais próximo do que nunca. No entanto, o novo recorde estabelecido neste estudo ainda está a cerca de 140 graus Celsius de distância da temperatura ambiente.”
