Tecnologia Científica

Os pesquisadores demonstram um supercondutor anteriormente considerado impossível
Os pesquisadores descobriram uma ponte entre dois desses métodos para atingir a supercondutividade. Esse novo conhecimento pode levar a uma compreensão mais geral do fenômeno e, um dia, a aplicações.
Por Universidade de Tóquio - 07/11/2020


Imagens de luz polarizada mostram aos pesquisadores como os elétrons, representados por cruzes vermelhas, em suas amostras de teste se comportam em diferentes circunstâncias. Crédito: © 2020 Okazaki et al.

A supercondutividade é um fenômeno no qual um circuito elétrico perde sua resistência e se torna extremamente eficiente sob certas condições. Existem diferentes maneiras pelas quais isso pode acontecer, que foram consideradas incompatíveis. Pela primeira vez, os pesquisadores descobriram uma ponte entre dois desses métodos para atingir a supercondutividade. Esse novo conhecimento pode levar a uma compreensão mais geral do fenômeno e, um dia, a aplicações.

Existem três estados conhecidos da matéria: sólido, líquido e gasoso. Existe um quarto estado da matéria chamado plasma, que é como um gás que esquentou tanto que todos os seus átomos constituintes se desfizeram, deixando para trás uma confusão superaquecida de partículas subatômicas. Mas existe um quinto estado da matéria na extremidade oposta completa do termômetro conhecido como condensado de Bose-Einstein (BEC).

"Um BEC é um estado único da matéria, pois não é feito de partículas, mas de ondas", disse o professor associado Kozo Okazaki do Instituto de Física do Estado Sólido da Universidade de Tóquio. "À medida que eles esfriam até quase zero absoluto, os átomos de certos materiais se espalham pelo espaço. Essa mancha aumenta até que os átomos - agora mais como ondas do que partículas - se sobreponham, tornando-se indistinguíveis uns dos outros. A matéria resultante se comporta como se fosse uma coisa só entidade única com novas propriedades que faltavam nos estados anterior sólido, líquido ou gasoso, como a supercondução. Até recentemente, os BECs supercondutores eram puramente teóricos, mas agora demonstramos isso no laboratório com um novo material baseado em ferro e selênio (um elemento não metálico) . "

Esta é a primeira vez que um BEC foi verificado experimentalmente para funcionar como um supercondutor; entretanto, outras manifestações da matéria, ou regimes, também podem dar origem à supercondução. O regime de Bardeen-Cooper-Shrieffer (BCS) é um arranjo de matéria tal que, quando resfriado próximo ao zero absoluto, os átomos constituintes desaceleram e se alinham, o que permite que os elétrons passem mais facilmente. Isso efetivamente traz a resistência elétrica de tais materiais a zero. Tanto o BCS quanto o BEC requerem condições de congelamento e ambos envolvem a desaceleração dos átomos. Mas esses regimes são completamente diferentes. Por muito tempo, os pesquisadores acreditaram que um entendimento mais geral da supercondução poderia ser alcançado se esses regimes pudessem se sobrepor de alguma forma.

Essas linhas coloridas não são apenas para mostrar, elas dizem aos pesquisadores abaixo
de qual temperatura, neste caso cerca de 10 Kelvin, uma amostra
apresenta comportamento supercondutor.
Crédito: © 2020 Okazaki et al.

"Demonstrar a supercondutividade dos BECs foi um meio para um fim; estávamos realmente esperando explorar a sobreposição entre os BECs e os BCSs", disse Okazaki. "Foi extremamente desafiador, mas nosso aparelho e método de observação únicos o verificaram - há uma transição suave entre esses regimes. E isso sugere uma teoria subjacente mais geral por trás da supercondução. É um momento emocionante para trabalhar neste campo. "

Okazaki e sua equipe usaram o método de espectroscopia de fotoemissão baseada em laser de resolução ultrabaixa e alta resolução de energia para observar a maneira como os elétrons se comportavam durante a transição de um material de BCS para BEC. Os elétrons se comportam de maneira diferente nos dois regimes e a mudança entre eles ajuda a preencher algumas lacunas no quadro mais amplo da supercondução.

A supercondução não é apenas uma curiosidade de laboratório; dispositivos supercondutores, como eletroímãs, já são usados ​​em aplicações, como o Large Hadron Collider, o maior acelerador de partículas do mundo. No entanto, como explicado acima, eles exigem temperaturas ultracold que proíbem o desenvolvimento de dispositivos supercondutores que poderíamos esperar ver todos os dias. Portanto, não é surpresa que haja grande interesse em encontrar maneiras de formar supercondutores em temperaturas mais altas, talvez um dia até mesmo em temperatura ambiente.

"Com evidências conclusivas de BECs supercondutores, acho que isso levará outros pesquisadores a explorar a supercondução em temperaturas cada vez mais altas", disse Okazaki. "Pode soar como ficção científica por enquanto, mas se a supercondução puder ocorrer perto da temperatura ambiente, nossa capacidade de produzir energia aumentaria muito e nossas necessidades de energia diminuiriam."

 

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