Comprimindo sólidos moleculares
simples como o hidrogênio a pressões extremamente altas, engenheiros e físicos
da Universidade de Rochester criaram,
pela primeira vez, um material que é supercondutor a temperatura ambiente.
Ao estabelecer o novo recorde, Ranga
Dias e sua equipe combinaram hidrogênio, carbono e enxofre para
sintetizar fotoquimicamente um simples hidreto em uma célula de bigorna de
diamante, um dispositivo de pesquisa usado para examinar quantidades minúsculas
de materiais sob pressão extraordinariamente alta. O hidreto exibiu a supercondutividade
em torno de 58°F a uma pressão de cerca de 39 milhões de PSI.
A
quantidade de material supercondutor criado pelas células de bigorna diamante é
medida em picolitros — do tamanho de uma única partícula de jato de tinta.
O
próximo desafio, segundo Dias, é encontrar
maneiras de criar materiais supercondutores em temperatura ambiente a pressões
mais baixas, para que sejam viáveis de produzir em grande volume. Em comparação
com os milhões de quilos de pressão criados nas células de bigorna de
diamantes, a pressão atmosférica da Terra no nível do mar é de cerca de 15 PSI.
Poderosos eletroímãs supercondutores já são componentes críticos de trens maglev, ressonância magnética (MRI) e máquinas de ressonância magnética nuclear (RMN), aceleradores de partículas e outras tecnologias avançadas, incluindo supercomputadores quânticos.
Mas os
materiais supercondutores usados nos dispositivos funcionam apenas em
temperaturas extremamente baixas, mais do que qualquer temperatura natural na
Terra. Essa restrição torna cara a sua manutenção e muito caro para outras
aplicações potenciais. “O custo para manter esses materiais em
temperaturas criogênicas é tão alto que você não pode obter o benefício total
deles”, diz Dias.
Anteriormente,
a maior temperatura para um material supercondutor foi alcançada no
ano passado no laboratório de Mikhail Eremets do
Instituto Max Planck, e no grupo Russell Hemley na
Universidade de Illinois em Chicago.
Nos
últimos anos os pesquisadores exploraram óxidos de cobre e compostos à base de
ferro como candidatos a supercondutores de alta temperatura. No entanto, o
hidrogênio oferece um promissor bloco de construção.
“Para ter um
supercondutor de alta temperatura, você quer ligações fortes e elementos leves.
Esses são dois critérios básicos”, afirma Dias. “O hidrogênio é o material mais leve, e a ligação de
hidrogênio é uma das mais fortes. Teoricamente, o hidrogênio metálico sólido possui
alta temperatura de Debye e forte acoplamento elétron-fônon, necessário para a supercondutividade
a temperatura ambiente”, diz Dias.
No
entanto, pressões extraordinariamente altas são exigidas para obter hidrogênio
puro no estado metálico. Visando contornar essa dificuldade, Dias e
colaboradores usam como alternativa materiais ricos em hidrogênio que imitam a
fase de supercondutora do hidrogênio puro, e podem ser metalizados a pressões mais
baixas.
Primeiro
eles combinaram ítrio e hidrogênio. O superhidreto de ítrio resultante exibiu
supercondutividade a uma temperatura recorde de 12°F a uma pressão de cerca de
26 milhões de libras por polegada quadrada.
Em seguida, o laboratório explorou materiais
orgânicos covalentes ricos em hidrogênio. Esse trabalho resultou no hidreto
carbonáceo de enxofre. “A presença do carbono é de importância equivalente aqui”,
relatam os pesquisadores. Mais ‘ajustes composicionais’ dessa combinação de
elementos podem ser a chave para alcançar a supercondutividade a temperaturas
ainda mais altas, acrescentam.
Fonte: https://phys.org/news/2020-10-room-temperature-superconducting-material.html
Mais informações: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z.
