Renasce o sonho da supercondutividade a temperatura ambiente


Supercondutividade a temperatura ambiente

Os supercondutores transportam a eletricidade sem qualquer resistência e, portanto, sem qualquer perda de qualquer natureza.

Eles já são usados em alguns nichos, como ímãs para aparelhos de tomografia e aceleradores de partículas. Mas poderiam estar revolucionando praticamente todo o parque elétrico se não precisassem ser resfriados a temperaturas criogênicas para funcionar.

No ano passado, um experimento nesse sentido fez o coração dos físicos dispararem: quando eles direcionaram pulsos muito curtos de um laser infravermelho sobre uma cerâmica, eles conseguiram pela primeira vez torná-la supercondutora a temperatura ambiente.

A supercondutividade a temperatura ambiente dura apenas o tempo de vida do pulso ultracurto do laser, mas o efeito foi suficiente para mexer com toda a comunidade de pesquisadores que trabalha na área.

YBCO


Agora, uma equipe internacional ofereceu uma explicação para o efeito, o que poderá ajudar no desenvolvimento de materiais que se tornam supercondutores a temperaturas significativamente mais elevadas do que as atuais de forma sustentada - e, eventualmente, a supercondutores verdadeiramente de alta temperatura.

A cerâmica envolvida é o óxido composto de ítrio, bário e cobre (YBCO), um dos materiais mais promissores para aplicações como cabos supercondutores, motores e geradores elétricos de alta eficiência.

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

A supercondutividade tem sua origem nas camadas duplas finas de dióxido de cobre. É lá que os elétrons podem se juntar para formar os chamados pares de Cooper. Esses pares podem tunelar entre as diferentes camadas, o que significa que eles podem passar por estas camadas como fantasmas atravessando paredes - 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. Acima da temperatura crítica, a cerâmica se comporta normalmente como um condutor muito fraco.


Ilustração mostra as oscilações dos átomos de oxigênio - induzidas pelo pulso de laser - entre as camadas duplas de CuO2, fazendo a dimensão das camadas alterar-se o suficiente para gerar a supercondutividade a temperatura ambiente. [Imagem: Jörg Harms/MPI]
Criando a supercondutividade a temperatura ambiente

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

O que acontece é que o pulso infravermelho não apenas energiza os átomos, fazendo-os oscilar, mas também desloca sua posição no cristal. Esse deslocamento é suficiente para tornar as camadas duplas de dióxido de cobre mais grossas - dois picômetros mais grossas, ou um centésimo do diâmetro de um átomo. Ao mesmo tempo, a camada intermediária torna-se mais fina na mesma medida.

Esse redimensionamento aumenta o acoplamento quântico entre as camadas duplas em uma magnitude suficiente para que o cristal se torne supercondutor a temperatura ambiente durante alguns milionésimos de microssegundo, o tempo de vida do pulso de laser.

Promessas de revolução

Por um lado, esse entendimento ajuda a refinar a teoria ainda incompleta e controversa que tenta explicar a supercondutividade.

"Por outro lado, pode ajudar os cientistas de materiais a desenvolver novos supercondutores com temperaturas críticas mais elevadas," disse o professor Roman Mankowsky, do Instituto Max Planck, na Alemanha, um dos membros da equipe que desvendou o mistério. "E, em última instância, pode ajudar a alcançar o sonho de um supercondutor que opere a temperatura ambiente, sem necessitar de qualquer refrigeração."

Hoje, os ímãs, motores e cabos supercondutores são arrefecidos a temperaturas criogênicas com nitrogênio líquido ou hélio. Se este complexo sistema de resfriamento não for mais necessário, isto significaria uma verdadeira revolução na geração, distribuição e uso da energia elétrica.

Bibliografia:

Nonlinear lattice dynamics as a basis for enhanced superconductivity in YBa2Cu3O6.5
R. Mankowsky, A. Subedi, M. Först, S. O. Mariager, M. Chollet, H. T. Lemke, J. S. Robinson, J. M. Glownia, M. P. Minitti, A. Frano, M. Fechner, N. A. Spaldin, T. Loew, B. Keimer, A. Georges, A. Cavalleri
Nature
Vol.: 516, 71-73
DOI: 10.1038/nature13875
Share on facebook
Share on twitter
Share on google_plusone_share
Share on blogger
Share on linkedin
More Sharing Services
Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites More