Uma característica fundamental da supercondutividade foi recentemente observada a temperaturas muito mais elevadas do que os cientistas pensavam ser possível.
Os físicos descobriram que os elétrons se emparelham da mesma forma que fazem em materiais supercondutores em um material inesperado. Acima de temperaturas incrivelmente baixas, materiais semelhantes permitem que a supercondutividade ocorra.
A supercondutividade descreve a maneira como os elétrons se movem através de um material sem qualquer resistência e, portanto, perdendo energia. Observamos esse fenômeno em muitos materiais diferentes, mas há um problema. Parece que só podemos fazer isso acontecer em temperaturas muito baixas, perto de… Zero absoluto (-273,15°C ou -460°F), ou temperaturas ligeiramente mais frias com muita pressão.
Embora os elétrons nos materiais recentemente testados não alcancem um fluxo livre de resistência, seu acoplamento é uma etapa crítica necessária para que isso aconteça, o que poderia levar a uma supercondutividade que não exigiria equipamentos extensos.
“Os pares de elétrons nos dizem que estão prontos para se tornarem supercondutores, mas há algo que os impede de fazer isso.” Diz o físico Qi Jun Xu Da Universidade de Stanford. “Se conseguirmos encontrar uma nova maneira de sincronizar pares, poderemos aplicá-la na construção de supercondutores de alta temperatura.”
O material é um cristal multicamadas, ou sulfato de cobre, chamado óxido de cobre e cério de neodímio (Nd).2−xruimSÓxido de cobre4). Em baixas temperaturas, o cristal apresenta supercondutividade, mas em temperaturas mais altas torna-se significativamente mais resistente.
Agora, para que a supercondutividade se torne ativa, os elétrons precisam ter sua identidade quântica emaranhada, transformando-os em algo chamado Marido de CooperSó então eles poderiam se mover suavemente pela floresta atômica sem nenhum esforço.
Supercondutores convencionais, que exibem supercondutividade em temperaturas abaixo de cerca de 25 K (-248 °C ou -415 °F), emaranham seus elétrons por meio de vibrações no material subjacente.
Cupratos são materiais supercondutores não convencionais, exibindo supercondutividade em temperaturas de até 130 K. Os cientistas acreditam que existe outro mecanismo responsável pelo emparelhamento de elétrons nesses materiais, mas o processo exato ainda é um tanto misterioso.
O óxido de cobre-cério-neodímio estudado por Xu e sua equipe é semelhante a um supercondutor convencional por não apresentar o fenômeno acima de 25 K, permitindo estudar as fases da supercondutividade. À medida que os elétrons ficam emaranhados, eles se tornam menos resistentes à ejeção do material à medida que a temperatura aumenta; Ou seja, o material perde energia a uma taxa menor. Isso é conhecido como lacuna de acoplamento.
A equipe observou que seu material retinha mais energia em temperaturas de até 140 Kelvin (-133 graus Celsius, ou -207 graus Fahrenheit) – muito mais altas do que o ponto de transição de 25 Kelvin para a supercondutividade. Isto indica que os elétrons formam pares de Cooper em temperaturas relativamente altas.
Mas ainda não está claro o que desencadeia esse acoplamento. Pode não ser o material específico que nos leva à supercondutividade à temperatura ambiente. Mas pode ser uma forma de encontrar respostas e materiais no futuro.
A supercondutividade em temperatura ambiente é de grande importância. Imagine 100% de eficiência energética – poderíamos reduzir o tamanho dos circuitos eléctricos necessários para transportar electrões, acumulando mais energia num espaço mais pequeno para uma tecnologia mais rápida e mais barata.
Mas a decodificação foi muito difícil. Vimos algumas supostas descobertas, como o tão alardeado LK-99, mas todas deram em nada.
É provável que o progresso seja mais gradual – como observar algumas características da supercondutividade em materiais a temperaturas mais elevadas, descobrir porque é que elas ocorrem e progredir meticulosamente, passo a passo.
“Nossas descobertas abrem um novo caminho potencialmente rico a seguir.” Diz o físico Chi Xun Shen Da Universidade de Stanford.
“Planejamos estudar essa lacuna de acoplamento no futuro para ajudar a projetar supercondutores usando novos métodos. Por um lado, planejamos usar abordagens experimentais semelhantes no SSRL para obter mais informações sobre esse estado de acoplamento fraco. Por outro lado, queremos para encontrar maneiras de manipular esses materiais para forçar a sincronização desses pares incoerentes.”
A pesquisa foi publicada em ciências.
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