Cientistas do Argonne propõe evidência teórica para uma nova
flutuação em supercondutores, o que pode levar a uma forma de medir a
temperatura exata em que começa supercondutividade e lançar luz sobre as
propriedades mal compreendidas de materiais supercondutores acima dessa
temperatura. Acima: picos são visíveis a temperaturas próximas de TC,
a temperatura na qual inicia a supercondutividade. Crédito:. Alexey Galda
Supercondutores
são um quebra-cabeça antigo em física, e se tornou ainda mais tentador devido
às aplicações tecnológicas muito valiosas destes materiais. A eletricidade está
sendo deperdiçada ao seu redor; pouquíssimos sistemas elétricos usam a capacidade
de forma eficiente, eles sempre perdem energia como calor que você sente quando
o seu laptop ou telefone fica quente. Isso porque até mesmo os nossos melhores
condutores, como o cobre, sempre perde eletricidade para a resistência. Supercondutores
não. Quando resfriados a temperatura de funcionamento, nunca perdem a
eletricidade.
Este é
o tipo de propriedade única que pode estimular completamente novos campos de
invenção, e eles possuem ressonâncias magnéticas, torres de telefonia celular e
Maglev, todos usando supercondutores. Mas eles não estão presentes em cada
linha de transmissão devido a um grave problema logístico: a sua temperatura de
funcionamento é -270 °F ou menos, por isso têm de ser resfriados com hélio ou
nitrogênio líquido.
Materiais
supercondutores têm muitas outras propriedades interessantes. Por exemplo, os
cientistas descobriram que o fluxo de energia entre dois supercondutores,
separadas por um fino material não condutor (chamado de junção Josephson) pode
ser extremamente sensível à radiação de microondas externa. Um único fóton pode
desencadear o fluxo de eletricidade através de um tal dispositivo apenas quando
a tensão certa é aplicada. Este efeito singular, chamado de tunelamento
ressonante, permite uma tão elevada precisão de medida que é utilizado para a
sequenciação de DNA e criptografia quântica. O mesmo fenômeno determinou o
padrão internacional de tensão ao longo de décadas.
O
problema é que nós ainda não sabemos completamente como supercondutores funcionam,
e se queremos realizar seu pleno potencial, precisamos entender.
Para
explorar os supercondutores, uma das coisas que os cientistas fazem é
reorganizá-los em todos os tipos de novas maneiras para empilhá-los em camadas,
perfurar buracos e cortá-los em fios de apenas 50 nanômetros de espessura, por
exemplo.
Estas
novas disposições mudam a forma como os materiais se comportam, incluindo
propriedades essenciais como a temperatura exata em que eles se tornam supercondutores,
chamada de temperatura crítica (TC).
“Até agora”, disse Valerii Vinokur, “o campo não tem um
padrão, uma forma precisa de medir a TC.”
Uma das
coisas que sabemos é que ilhas de vida curta da supercondutividade podem se
formar em um material um pouco acima da TC. Estas regiões
esporadicamente emergentes desaparecem rapidamente, chamadas de flutuações
supercondutoras, espelham de uma forma ou de outra a maioria das propriedades
supercondutoras do material em temperaturas abaixo de TC. Apesar
disso, as flutuações supercondutoras permanecem mal-entendidas, tanto que até
mesmo medir sua vida tem sido um desafio. Vinokur e colaboradores propuseram
um efeito que espelha o tunelamento ressonante acima da TC que é
forte o suficiente para medir, e mais importante, fica mais nítido quando a
temperatura se aproxima de TC.
Se
verificado por meio de experimento, isso seria uma nova ferramenta de alta
precisão para medir as propriedades fundamentais das flutuações supercondutoras
e fornecer uma maneira de medir com mais precisão onde TC reside
para cada material.
“Cada nova ferramenta no estudo da
supercondutividade é absolutamente inestimável - traz mais precisão para o
campo”, disse
Galda.
“Isso também nos permitiria estudar as flutuações
de forma mais ampla”, disse ele.
As
flutuações, segundo Galda, são
interessantes porque podem ajudar os pesquisadores a mapear os comportamentos
microscópicos de materiais, que são provavelmente a chave para o porquê e como
materiais agem da maneira que agem. As flutuações são influenciadas por um
número de fenômenos diferentes; uma ferramenta para desvendar pelo menos uma
variável do conjunto ajudaria os pesquisadores a desvendar as contribuições dos
outros.
“Saber quanto tempo as flutuações vivem é muito
importante e tem sido difícil determinar experimentalmente”, disse Vinokur.
