Esta
ilustração descreve uma pequena fileira de vórtices feitas no local entre as
bordas de um nanofio desenvolvido por cientistas da Johns Hopkins. Crédito: Nina Markovic
e Tyler Morgan-Wall / JHU
Materiais supercondutores são valorizados por
sua capacidade de transportar corrente elétrica sem resistência, mas essa
característica valiosa pode ser quebrada quando elétrons giram em forma como de
tornados minúsculos chamados vórtices. Estes minitornados se formam muitas
vezes na presença de campos magnéticos, tais como os produzidos pelos motores
elétricos.
Para manter as
supercorrentes fluindo em alta velocidade, os cientistas da Johns Hopkins descobriram como restringir os
incômodos vórtices, aprisionando-os dentro de nanofios ultrafinos extremamente
curtos.
“Nós encontramos uma maneira de
controlar os vórtices individuais para melhorar o desempenho de fios
supercondutores”, disse Nina Markovic,
professora associada do Departamento de Física e Astronomia na Escola Krieger.
Muitos
materiais podem se tornar supercondutores quando arrefecidos a uma temperatura
de cerca de 460 F abaixo de zero, o que é conseguido usando hélio líquido.
O novo método
de manter o material de resistência dentro desses supercondutores é importante
porque esses materiais têm um papel fundamental em dispositivos tais scanners médicos
de MRI, aceleradores de partículas, detectores de fótons e os filtros de frequência
de rádio usados em sistemas de telefonia celular. Além disso, espera-se que os
supercondutores se tornem componentes críticos em futuros computadores
quânticos, que serão capazes de fazer cálculos mais complexos do que as
máquinas atuais.
Uma maior
utilização dos supercondutores pode depender de parar o dano causado pelos vórtices
de elétrons que destroem a resistência nula. Os cientistas de Johns Hopkins dizem que seus nanofios impedem
que isso aconteça.
Markovic,
que supervisionou o desenvolvimento desses fios, disse que outros pesquisadores
têm tentado manter vórtices fixos em impurezas no material condutor, o que os
torna incapazes de se mover.
“Bordas também podem fixar os vórtices, mas é mais difícil fixá-los
na maior área do material, longe das extremidades”, disse ela. “Para superar esse problema, fizemos uma amostra
supercondutora que consiste principalmente de bordas: um nanofio de alumínio
muito estreito.”
Estes nanofios,
disse Markovic,
são tiras planas de um bilionésimo da espessura de um fio de cabelo humano e
cerca de 50 a 100 vezes maior que a sua largura. Cada nanofio forma uma estrada
de sentido único que permite aos pares de elétrons siga em frente no ritmo da supercorrente.
Vórtices podem
se formar quando um campo magnético é aplicado, mas por causa do design ultrafino
do material, “apenas uma linha de vórtice curto pode
caber dentro dos nanofios”, disse Markovic. “Porque existe uma borda em cada lado deles, os vórtices
estão presos no lugar e a supercorrente pode simplesmente deslizar em torno
deles, mantendo a velocidade livre de resistência.”
A capacidade de
controlar o número exato de vórtices no nanofio pode produzir benefícios
adicionais, dizem físicos especialistas. Futuros computadores ou outros
dispositivos podem um dia usar vórtices em vez de cargas elétricas para
transmitir informações, dizem.
