Os
cupratos até agora detém o recorde de temperatura mais elevada, mas uma nova
classe de materiais pode mudar isso. (Phil Degginger / Alamy)
Por quase 30 anos, a busca de um supercondutor à
temperatura ambiente tem se concentrado em materiais exóticos conhecidos como
cupratos, que podem transportar correntes sem perder energia em temperaturas de
até 164 K, ou -109 °C. Mas os cientistas dizem ter superado esse recorde usando
uma molécula simples, o sulfeto de hidrogênio (H2S). Quando uma
pequena amostra do material é submetida a pressões próximas às do núcleo da
Terra, os pesquisadores dizem que o material superconduz a 190 K (-83 °C).
“Se o resultado for
reproduzido, será muito chocante”, diz Robert Cava, químico na Universidade de Princeton. “Seria uma
descoberta histórica”.
De acordo com a
teoria BCS (John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer),
vibrações nos átomos de um cristal podem levar elétrons a formar “pares de
Cooper”, que podem fluir através do cristal sem resistência. A teoria BCS foi
desenvolvida na década de 1950, mas a maioria dos físicos acredita que ela não
pode explicar a supercondutividade em cupratos, que foi descoberto em 1986, ou
em ferro-pnictídeos, descobertos em 2006.
Os cientistas
esperam que a teoria BCS possa guiar a busca por outros tipos de
supercondutores de alta temperatura, particularmente em materiais que contenham
elementos leves como o hidrogênio. Estes geram vibrações mais rápidas que criam
laços mais fortes entre os pares de elétrons.
A recente
pesquisa baseia-se na obra de Neil Ashcroft
(físico da Universidade de Cornell), que
estudou o potencial supercondutor de compostos de hidrogênio. Mais
especificamente, ele investigou uma recente previsão teórica de físicos
chineses que o sulfeto de hidrogênio deve superconduzir acima de 80 K quando
exposto a uma pressão de 1,6 milhões atm. Essa alta pressão comprime os
elétrons dos pares de Cooper tornando menos provável de serem destruídos por
flutuações térmicas.
Mikhail
Eremets e colegas do Instituto Max Planck
colocaram uma amostra de sulfeto de hidrogênio, cerca de um centésimo de
milímetro de diâmetro, entre as pontas de duas bigornas de diamante e eletrodos.
Em seguida, mediram a forma como a resistência elétrica do material foi alterada
à medida que o sistema resfriava até próximo do zero absoluto. Eles descobriram
que, sob uma pressão de 1,8 milhões de atm, a resistência cai repentinamente em
torno de 190 K, o que sugere uma transição supercondutora.
Os pesquisadores atribuem essa temperatura “crítica”
maior do que o esperado à repartição de ácido sulfídrico em moléculas que
contêm um número relativamente maior de átomos de hidrogênio. Estas moléculas
seriam supercondutoras nesta temperatura.
Os
pesquisadores relatam várias evidências para apoiar a sua reivindicação de
supercondutividade de alta temperatura, incluindo a de ter visto uma
temperatura de transição muito mais baixa (90 K), quando usaram deutério (mais
pesado) no lugar do hidrogênio. Os átomos mais pesados, segundo eles, impediria
a supercondutividade, diminuindo as vibrações de cristal.
Caso seja confirmado por outros grupos, este
resultado representaria um enorme aumento na temperatura crítica obtida por
meio das interações entre os elétrons e as vibrações de cristal (supercondutor
convencional tipo BCS). O recorde atual é de 39 K para o MgB2.
Alexander Gurevich, teórico da Universidade Old Dominion, concorda
que os resultados representam “um avanço significativo na investigação da supercondutividade”,
mas para o momento permanece cauteloso. Ele diz que os autores ainda têm de
demonstrar uma das marcas da supercondutividade, o efeito Meissner, em que um
material 'expulsa' linhas do campo magnético quando esfria até o estado
supercondutor. “Espero
que este trabalho estimule outros grupos para reproduzir o experimento
prontamente”, acrescenta.
Quanto à
utilidade prática do trabalho, Eremets
e seus colegas dizem que agora será possível encontrar temperaturas críticas elevadas
em outros materiais contendo hidrogênio, como fulerenos à base de carbono ou
hidrocarbonetos aromáticos. Estes, dizem, podem ser transformados em
supercondutores, misturando pequenas frações de outros elementos, no lugar da
aplicação de alta pressão. Cava,
no entanto, adverte que ainda é muito cedo para considerar possíveis
aplicações. “Se
uma coisa dessas poderia ocorrer em pressão ambiente para outros hidretos é uma
pergunta que é melhor não especular a respeito”, diz ele.
Fonte2: http://arxiv.org/abs/1412.0460
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