Supercondutividade: A nova revolução tecnológica

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A supercondutividade é um dos fenômenos físicos em materiais mais apreciados e fascinantes. De fato, esse fenômeno é uma manifestação macroscópica de efeitos muito menores que decorrem da composição atômica de materiais. Por outro lado, esse feito ganha um destaque primoroso em aplicações práticas tecnológicas uma vez que seus desenvolvimentos podem trazer mudanças significativas para a humanidade.

Nesse sentido, nós da MeuGuru trazemos nesse artigo um pouco sobre esse incrível fenômeno físico que revolucionou a história da ciência/física da matéria condensada. Ademais, exploramos ainda um recente artigo científico em que pesquisadores da Coreia do Sul mostraram, em seu estudo, a possibilidade de supercondutores existirem a temperatura ambiente. Decerto, esse artigo traz um resultado fascinante e desafiador que, se constatado, possivelmente trará mais um prêmio Nobel para essa área.

A história da Supercondutividade

Antes de progredirmos, vamos adentrar um pouco na história da supercondutividade. Com efeito, a supercondutividade é um fenômeno que ocorre quando certos materiais são resfriados a temperaturas extremamente baixas, próximas do zero absoluto (-273,15°C). Assim, nessa condição, a resistência elétrica desses materiais desaparece completamente, permitindo que a corrente elétrica flua sem perda de energia. Além disso, há outra característica interessante sobre esses materiais os quais possuem a característica de expulsar todo campo magnético do seu interior.

Esquematização do efeito maisner que ocorre na supercondutividade.
Figura 1. Esquematização do efeito maisner (expulsão do campo magnético em um supercondutor, representado pela esfera azul, quando abaixo da temperatura crítica Tc.)

Com efeito, esse fenômeno foi descoberto em 1911 pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes, que recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1913 por suas contribuições à pesquisa da matéria à baixas temperaturas.

Os avanços na Supercondutividade

Assim, a descoberta da supercondutividade foi um marco na história da física, que abriu caminho para uma série de descobertas e aplicações tecnológicas. Em suma, foi durante as décadas de 1910 e 1920, os cientistas se concentraram em estudar os materiais supercondutores e as propriedades extraordinárias que eles apresentavam.

Nesse sentido, diversos resultados extremamente significativos nessa área foram gerados. Com efeito, a significância desses estudos fica marcado pelo quantidade de prêmios nobeis que foram concedidos a pesquisas nessa área. Decerto, veja a seguir a lista.

  • Prêmio Nobel de Física em 1913 – Heike Kamerlingh Onnes: concedido pela descoberta da supercondutividade em mercúrio.
  • Prêmio Nobel de Física em 1972 – John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer: concedido pelo desenvolvimento da teoria BCS, que forneceu uma explicação mais completa para a supercondutividade e descreveu como elétrons formam pares em materiais supercondutores.
  • Prêmio Nobel de Física em 1987 – Karl Alexander Müller e Johannes Georg Bednorz: concedido pela descoberta dos primeiros materiais supercondutores de alta temperatura.
  • Prêmio Nobel de Física em 1994 – Clifford Shull e Bertram Brockhouse: concedido pelo desenvolvimento de espectroscopia de nêutrons, que permitiu a análise de materiais supercondutores.
  • Prêmio Nobel de Física em 2003 – Alexei Abrikosov, Vitaly Ginzburg e Anthony Leggett: concedido pelos trabalhos em supercondutividade de camadas finas e superfluidos.

Além disso, a pesquisa na área de supercondutividade continua a avançar, com novos materiais sendo descobertos e novos fenômenos sendo explorados. Decerto, podemos citar a supercondutividade de alta temperatura, que permite que os materiais supercondutores funcionem a temperaturas menos extremas, aumentando as possibilidades de aplicação em diversas áreas da tecnologia e da ciência.

Supercondutores a temperatura crítica

De fato, a dificuldade de manusear e tratar supercondutores em temperaturas suficientemente baixas levou diversos cientistas e pesquisadores a buscarem por alternativas que tornassem esses materiais passíveis de uso em aplicações realísticas. Nesse sentido, urge os chamados supercondutores de temperatura crítica que são são materiais supercondutores que funcionam a temperaturas relativamente altas em comparação com os supercondutores convencionais, que só funcionam a temperaturas extremamente baixas.

Com efeito, foi em 1986 que os pesquisadores Karl Müller e Johannes Bednorz descobriram os chamados supercondutores de temperatura crítica. Decerto, seus estudos que descobriram que um material de cobre-óxido podia funcionar como um supercondutor a temperaturas acima de -238°C. Esse material, que é o YBCO (óxido de ítrio, bário e cobre), foi o primeiro supercondutor de temperatura crítica, por conseguinte, várias pesquisas iniciaram desde então para a busca dos supercondutores de alta temperatura.

Desde então, vários outros supercondutores de temperatura crítica foram descobertos, incluindo os materiais de ferro-pnictídeo, que foram descobertos em 2008 e têm temperaturas críticas ainda mais altas do que o YBCO, os quais de ferro-pnictídeo são compostos de ferro, arsênio e outros elementos, e têm temperaturas críticas de até -138°C.

A revolução: Supercondutividade a temperatura ambiente

Decerto, os materiais supercondutores em temperaturas críticas ou altas temperaturas já representam um avanço significativo para a pesquisa na área e, por conseguinte, possíveis aplicações tecnológicas. Todavia, mesmo que os avanços nas altas temperaturas tenham sido de grande ajuda elas ainda apresentam limitações consideráveis para aplicações práticas. Por isso, a aplicabilidade de supercondutores ainda encontra-se consideravelmente reduzida.

Entretanto, em 22 de julho de 2023 dois pesquisadores da Coreia do Sul mostraram evidências de que teriam obtido supercondutores em temperatura ambiente. Com efeito, seu trabalho encontra-se, atualmente, no Arxiv e o titulo do artigo é: The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor.

Decerto, a comunidade científica como um todo encontra-se esperançosa quanto a veracidade dos dados desse artigo. Pois, com esses resultados mostrando-se verdadeiros nós conseguiremos então acessar as aplicações e mais altos níveis de condutividade. Dessa forma, diversos aparatos científicos poderão ser produzidos de modo a acessar níveis de energia maiores, promoverem maior processamento de dados entre outras aplicações fascinantes.

Referências

  1. MOREIRA, J. A.; PAVÃO, A. C. Supercondutividade. São Paulo: Edusp, 2002.
  2. VALLADARES, Renato Mendes; FERREIRA, José Luiz. Supercondutividade: Fundamentos e Aplicações. Rio de Janeiro: LTC, 2015.
  3. TINKHAM, Michael. Superconductivity. New York: Dover Publications, 2004.
  4. GOLDENFELD, Nigel. Superconductivity: An Introduction. New York: Dover Publications, 2010.
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  7. VALLADARES, Renato Mendes; FERREIRA, José Luiz. Supercondutividade: Fundamentos e Aplicações. Rio de Janeiro: LTC, 2015.
  8. TINKHAM, Michael. Superconductivity. New York: Dover Publications, 2004.
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  11. FÍSICA.NET. Supercondutividade. Disponível em: <http://www.fisica.net/eletricidade/supercondutividade.htm ↗>. Acesso em: 28 jul. 2023.
  12. BRASIL ESCOLA. Supercondutividade. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/supercondutividade.htm ↗>. Acesso em: 28 jul. 2023.
  13. TODA MATÉRIA. Supercondutividade. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/supercondutividade/ ↗>. Acesso em: 28 jul. 2023.
  14. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL. Supercondutividade. Disponível em: <https://www.if.ufrgs.br/tex/fis210/node27.html ↗>. Acesso em: 28 jul. 2023.

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