Segue abaixo alguns links que
disponibilizam livros para serem baixados gratuitamente. Os livros estão em inglês
e este blog não possui direitos autorais de nenhum deles. Nos limitamos apenas
a divulgar os links! Para acessá-los, basta clicar nas imagens ou nos títulos.
Aplicações da Supercondutividade - O skate voador da Lexus
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terça-feira, 13 de agosto de 2013
Livros gratuitos (free books)
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sexta-feira, 2 de agosto de 2013
Aplicações dos supercondutores (applications of superconductors)
Segue abaixo uma pequena
lista contendo algumas das mais importantes aplicações práticas dos sistemas
supercondutores. O objetivo desse post é fornecer apenas uma ideia geral sobre
onde são empregados estes materiais. Para uma visão mais profunda, vejas os
links nas laterais desse blog e encontre livros para download gratuito como,
por exemplo, Applications
of High-Tc Superconductivity. Obs.: clicando nos links e nas imagens, a página será direcionada para a fonte das informações. Veja cada link e enriqueça ainda mais seus conhecimentos.
- SQUID: Superconducting QUantum Interference Device – Dispositivo Supercondutor de Interferência Quântica
Componentes SQUID SQUID
O SQUID
é o equipamento mais sensível para a detecção de campos magnéticos, capaz de
medir intensidades da ordem de 10–15 T. O campo da terra é em torno
de 10–6 T e o do cérebro humano é por volta de 10–13 T. Em
geral, o SQUID é usado para realizar medidas magnéticas de várias espécies de
materiais, sendo por isso frequentemente denominado de magnetômetro SQUID. Sua capacidade de detecção é proporcionada pelas
famosas junções
Josephson.
Esquema
básico de uma junção Josephson
Brian
David Josephson previu que seria possível o tunelamento de pares de Cooper
entre dois supercondutores separados por uma distância menor que 10 Å, na
ausência de uma voltagem externa. A confirmação experimental de sua previsão veio
no ano de 1963 por Anderson
e Rowell. Uma junção Josephson é formada por dois supercondutores fracamente
acoplados através de uma fina película isolante. A película pode ser feita a
partir da oxidação do filme da base ou pela deposição de camadas adicionais de
um metal oxidado, de um semicondutor ou de um metal normal. Quando utilizado
material isolante, a espessura da barreira é de alguns nanômetros. Para uma
barreira feita de material semicondutor ou normal, ela possui espessura de 10 a
100 vezes maior.
No
SQUID, a corrente que entra no dispositivo é dividida em duas componentes que atravessam
as duas JJ na forma de correntes de pares de Cooper. Quando o SQUID é submetido
a um campo magnético, cada corrente varia periodicamente, passando por máximos
consecutivos à medida que o fluxo magnético passa por múltiplos do quantum fundamental, . Dessa maneira, por meio de um
circuito contador, pode-se determinar o número de máximos que a corrente
atravessa e conhecer assim o fluxo magnético final.
Outra aplicação
amplamente divulgada do SQUID é a magnetoencefalografia.
Uma técnica
que permite mapear o campo magnético gerado pela atividade cerebral, através de
sensores que atuam em conjunto com um SQUID.
Para atingir sua temperatura
ideal de condução, o cabo supercondutor é resfriado com nitrogênio
líquido.[Imagem: Nexans]
Apesar de alguns materiais apresentaram altas temperaturas críticas
e elevadas densidades de corrente, um grande desafio está na confecção de fios.
Os cupratos ainda são os campeões da TC, mas por serem materiais cerâmicos,
ainda é impraticável substituir os comuns fios de cobre por supercondutores. Apesar
disso, várias pesquisas estão dando ótimos resultados, como é o caso do maior
cabo supercondutor do mundo. Instalado na Alemanha, unindo duas subestações
na cidade de Ruhr e projetado para suportar uma carga de 40 MW (megawatts), o
cabo será formado por seções concêntricas operando a 10.000 volts. Segundo
engenheiros do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, que projetaram o cabo, ele
será o primeiro a incorporar um sistema de proteção contra sobrecargas, com
limitador de corrente. O cabo supercondutor terá 1 km de extensão - para se ter
uma ideia, o recorde mundial de intensidade de corrente elétrica foi batido com
um cabo supercondutor de 30 metros de comprimento. (Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=maior-cabo-supercondutor-mundo)
Sistema de cabos supercondutores instalados em Nova York
Imagem da American Superconductor
Espectrômetro RMN da
Oxford
Esta técnica se baseia em gerar um campo magnético e orientar
o spin dos núcleos (ou magnetização dos núcleos), após isto são gerados pulsos
magnéticos que irão perturbar a magnetização dos spins e é medido o tempo que o
spin demora para voltar à magnetização inicial. A intensidade do campo
magnético necessária para orientar o núcleo dos átomos é obtida com o uso de
supercondutores. No interior do equipamento, materiais supercondutores imersos
em hélio líquido permitem gerar campos magnéticos altíssimos pela passagem de
corrente elétrica.
LHC: Large
Hadron Collider – Grande Colisor de Hádrons
Anel do LHC
O Grande Colisor
de Hádrons (LHC) do CentroEuropeu de Pesquisas Nucleares (CERN) é o maior acelerador de partículas do
mundo. O LHC consiste de um anel de 27 km de magnetos supercondutores com uma
série de estruturas de aceleração para aumentar a energia das partículas ao
longo do caminho. O enorme campo magnético necessário para acelerar as
partículas a altíssimas velocidades próximas à da luz é gerado a partir dos supercondutores.
Outras aplicações
Limitadores de corrente
Motor
MagLev – trens de
levitação magnética
Separador magnético industrial
Pesquisas em fusão nuclear
Ainda há muitas outras aplicações dos materiais
supercondutores que não foram mencionadas aqui. A maioria delas não faz
parte do cotidiano do cidadão comum, como a computação quântica, por exemplo. É
provável que nos próximos 20 anos a supercondutividade se aproxime mais da vida
cotidiana e traga maiores benefícios pra humanidade. Espero e torço para que
pesquisadores brasileiros tenham grande contribuição nesta jornada.
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quarta-feira, 29 de maio de 2013
A desconhecida contribuição de Linus Pauling (Linus Pauling contributions for superconductivity)
Apesar de
pouco conhecido, Linus Carl Pauling publicou quatro trabalhos em
supercondutividade e depositou duas patentes. Em cada um deles, Pauling
utilizou sua teoria da ressonância não-sincronizada das ligações covalentes
para descrever o estado supercondutor em termos do mecanismo da transferência de
elétrons.
Sua teoria
RVB foi formulada em 1949 e seu primeiro artigo contemplando a
supercondutividade foi publicado em 1968. Em comparação com outras teorias, os
trabalhos de Pauling não alcançaram visibilidade equivalente. Dos quatro artigos
publicados por ele, o que teve maior repercussão possui 88 citações e versa
qualitativamente a respeito dos high-TC. Nele, Pauling descreve a
supercondutividade nos cupratos como o resultado de uma combinação apropriada
de diversos fatores, tais como: valência, eletronegatividade, raio atômico,
interação crista-calha, etc. Nos demais artigos, Pauling demonstra a ocorrência
da ressonância não-sincronizada no estado supercondutor e sua contribuição para
o mesmo. Em seu ponto de vista, tanto a condutividade quanto a
supercondutividade podem ser explicadas dentro do arcabouço teórico da RVB.
Para saber
mais a respeito de seus trabalhos em supercondutividade, veja os seguintes textos:
1991: The structure of K3C60 and the
mechanism of superconductivity. Proceedings of the National Academy
of Sciences 88, pp. 9208-9209. Fonte: http://www.pnas.org/content/88/20/9208.full.pdf
1989: The role of the metallic orbital and of crest and trough
superconduction in high temperature superconductors, em: R. M.
Metzger (Ed.), High Temperature Superconductivity: The First Two Years, Gordon
and Breach Scientific Publishers, New York, pp.309–313. Fonte: http://www.osti.gov/energycitations/product.biblio.jsp?osti_id=7051968
1987: Influence of valence, electronegativity, atomic radii, and
crest-trough interaction with phonons on the high-temperature copper oxide
superconductors. Physical Review Letters 59, nº 2, pp. 225-227. Fonte: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v59/i2/p225_1
1968: The ressonating-valence-bond theory of superconductivity:
crest superconductors and trough superconductors. Proceedings of the
National Academy of Sciences 60, pp. 59-65. Fonte: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC539129/
1988: More Evidence about the
Resonating-Covalent-Bond Theory of Electric Conduction and Superconduction
(Fluxon Theory) and the Significance of Crest and Trough Superconductors and
Hypoelectronic and Hyperelectronic Metals, February 28. (trabalho não publicado) Fonte: http://osulibrary.oregonstate.edu/specialcollections/coll/pauling/catalogue/pauling03_111-120.html
Para saber
mais sobre a teoria RVB originalmente formulada por Pauling, recomendamos o
artigo abaixo:
Costa, M. B. S.; Barros, K. A., A Teoria da Ressonância Não-Sincronizada das
Ligações Covalentes. Revista Virtual de Química 2012, 4 (2), 130-145. Fonte: http://www.uff.br/RVQ/index.php/rvq/article/view/242/235
As duas patentes depositadas por Pauling (veja abaixo) se
referem a uma proposta de promover um aumento na temperatura crítica dos
materiais supercondutores. Ele depositou várias outras em campos de pesquisa
distintos, só citamos aqui aquelas de interesse.
1991: Method of Drawing Dissolved Superconductor, Patent
No. 5,158,588, filed May 31, 1991. Fonte: http://www.patentbuddy.com/Patent/5158588
1990: Technique for Increasing the Critical Temperature of
Superconducting Materials, Serial No. 07/626,723, filed December 12.
Fonte: http://patentscope.wipo.int/search/en/WO1989012030
“Por
sua pesquisa na natureza da ligação química e sua aplicação para a elucidação
da estrutura de substâncias complexas”, Pauling recebeu o prêmio Nobel
de química em 1954. Anos depois recebeu o da paz em 1962.
Entrou para a história da ciência como um dos maiores pesquisadores de todos os
tempos e um pacificador de destaque. Para saber mais sobre sua obra,
recomendamos o formidável link:
Por fim, é oportuno destacar que o professor da UFPE, Antonio Carlos Pavão,
desenvolve trabalhos com a teoria RVB desde a década de 80 e é o principal
ícone do Brasil na área. Os diversos artigos do professor Pavão versam sobre
magnetismo, supercondutividade, carcinogênese química, catálise, condutividade elétrica,
etc. Em todos eles, a teoria RVB é empregada de modo a interpretar o fenômeno sob
a óptica da transferência de elétrons. Recomendamos ao leitor ver os artigos do
professor Pavão para um aprofundamento no tema.
Principal pesquisador
brasileiro da teoria RVB
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sábado, 11 de maio de 2013
Mangueira magnética transporta magnetismo para múltiplos locais (Magnetic hose: Routing and Long-distance Transportation of Magnetic Fields)
Com informações da
PhysicsWorld - 10/05/2013
[Imagem: Carles Navau et
al.]
Jorrando magnetismo
Em um experimento
cujas implicações práticas ainda não foram totalmente exploradas, pesquisadores
espanhóis mostraram recentemente que o magnetismo pode ser teletransportado.
Agora, a mesma
equipe se juntou a colegas alemães para mostrar que há outras formas de
carregar o magnetismo de um lado para o outro.
Carles Navau e
seus colegas construíram uma "mangueira magnética" - uma espécie de
mangueira de jardim que, em vez de transportar água, transporta campos
magnéticos e os "despeja" onde forem necessários.
Segundo eles, a
mangueira magnética poderá ser utilizada para criar uma ampla variedade de
circuitos, da eletrônica e do armazenamento de dados tradicionais até uma nova
forma de manipular os qubits dentro de um computador quântico.
Isto porque as mangueiras
para o transporte de magnetismo podem ser feitas com dimensões que vão dos
metros aos nanômetros, dependendo da necessidade.
Ondas e campos
A tecnologia atual
explora à exaustão o fato de que as ondas eletromagnéticas podem ser
transmitidas a grandes distâncias pelo ar, assim como a eletricidade ao longo
de fios.
Mas o mesmo não
acontece para campos elétricos e campos magnéticos estáticos, cujas magnitudes
decaem rapidamente com a distância - a maior distância que os campos magnéticos
têm sido transmitidos alcança poucos metros, como no interior dos núcleos dos
transformadores.
Entraram então em
ação os metamateriais, que permitem a alteração da trajetória das ondas
eletromagnéticas pela transformação dos seus elementos constituintes, as ondas
elétricas e os campos magnéticos - é a mesma técnica, chamada óptica
transformacional, que é usada para criar os mantos de invisibilidade.
O objetivo dos
pesquisadores era aplicar a óptica transformacional a campos estáticos para
acoplar magneticamente dois sistemas quânticos - que podem ser qubits de um
computador quântico.
Condutor de magnetismo
Essencialmente, a
mangueira magnética é formada por anéis concêntricos de ímãs cilíndricos
envoltos por um supercondutor.
Bastam duas dessas
camadas para transportar 75% de um campo magnético de uma extremidade à outra
do cilindro - com 20 camadas é possível transportar 90% do campo magnético.
Mas isso não
esgotou as possibilidades da técnica, e os cientistas demonstraram que é
possível fazer "derivações" na mangueira magnética, despejando o
campo magnético em outros pontos de um circuito mais complicado de cilindros.
Isto torna a
mangueira magnética um análogo perfeito para os campos magnéticos daquilo que
os fios são para a eletricidade - ou seja, o feito abre a possibilidade de
construção de circuitos magnéticos.
Os pesquisadores
acreditam que o transportador de campos magnéticos pode ser utilizado para
manipular informações quânticas, por exemplo, dos spins de defeitos em pequenos
cristais de diamante, conhecidos como vacâncias de nitrogênio.
Para funcionar
como bits dentro de um computador quântico, esses spins devem ser endereçáveis
independentemente com campos magnéticos, o que poderá ser feito com mangueiras
magnéticas em nanoescala.
Bibliografia:
Magnetic hose: Routing and Long-distance Transportation of Magnetic
Fields
Carles Navau,
Jordi Prat-Camps, Oriol Romero-Isart, J. Ignacio Cirac, Alvaro Sanchez
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terça-feira, 23 de abril de 2013
Há algo além de elétrons na condução da eletricidade? (Is there anything besides electrons in the electrical conductivity?)
Redação do Site
Inovação Tecnológica - 22/04/2013
Elétrons não são suficientes para explicar
supercondutores
As regras da
condução elétrica não se aplicam aos supercondutores, materiais onde a
eletricidade flui livremente, sem qualquer resistência. [Imagem: Philip
Phillips]
A
corrente elétrica tem sido explicada como um fluxo de elétrons correndo através
de um material. Mas parece que esta pode não ser a história toda, pelo menos
quando se chega ao limite da condutividade.
“A
história da condução elétrica nos metais é contada inteiramente em termos de
elétrons. Os supercondutores mostram que há algo completamente novo a ser
compreendido, além daquilo que os elétrons estão fazendo,” afirma o Dr. Philip Phillips, da Universidade de
Illinois.
Phillips
e seus colegas mostraram que as regras dos livros-texto não se aplicam aos
supercondutores, materiais onde a eletricidade flui livremente, sem qualquer
resistência. Eles estudaram um tipo de material supercondutor conhecido como
cuprato, essencialmente uma cerâmica à base de cobre.
Na
física, o Teorema de Luttinger estabelece que o número de elétrons em um
material é igual à soma dos elétrons em todos os seus átomos. Embora tenha-se
mostrado válido para metais e semicondutores, o teorema falhou quando os
pesquisadores estudaram os cupratos a fundo: em determinadas energias, a
eletricidade que flui pelo supercondutor não pode ser explicada pela soma dos
elétrons dos seus átomos.
“Este
resultado está nos dizendo que a física [da condução elétrica] não pode ser
descrita somente pelos elétrons," disse Phillips. "Isso significa que
os cupratos são ainda mais estranhos do que se pensava: alguma outra coisa,
diferente dos elétrons, está transportando a corrente.”
Agora,
os pesquisadores estão explorando possíveis candidatos para as portadoras de
carga adicionais, particularmente um novo tipo de excitação conhecida como
unparticles (não-partículas). Estas partículas virtuais muito estranhas - não é
à toa que elas são chamadas de "não-partículas" - também estão sendo
propostas para explicar uma elusiva Quinta Força Fundamental da natureza.
Bibliografia:
Absence of Luttinger’s Theorem due to Zeros in the Single-Particle Green
Function. Kiaran B. Dave, Philip W. Phillips, Charles L. Kane, Physical Review
Letters, Vol.: 110, 090403
DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.090403
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