"Acreditamos que agora é uma nova era de supercondutividade", disse Russell Hemley, cientista de materiais da Universidade George Washington, em Washington, DC, a uma multidão de pesquisadores no dia 4 de março, na reunião de março da American Physical Society.
Imagens iluminavam a tela atrás dele: um esquema de um dispositivo para esmagar pequenas coisas entre os pontos mais difíceis dos diamantes opostos, gráficos de temperatura e resistência elétrica, uma bola brilhante com um "X" preto áspero cortado no centro.
Essa última imagem foi a personificação da nova era: uma pequena amostra de super-hidreto de lantânio (ou LaH10) espremida a pressões semelhantes às encontradas no meio da Terra e aquecida com laser a temperaturas próximas a um dia intenso de fim de inverno na Nova Inglaterra . (Isso está escaldando o calor pelos padrões da pesquisa de supercondutividade, geralmente conduzida sob frio extremo de laboratório.) Nessas condições, Hemley e sua equipe descobriram que o LaH10 parece parar de resistir ao movimento de elétrons entre seus átomos. Aparentemente, torna-se, como Hemley chamou em sua palestra na APS e em um artigo publicado em 14 de janeiro na revista Physical Review Letters, um "supercondutor de temperatura ambiente".
Ciência congelada
Em 1911, o físico holandês Heike Kamerlingh Onnes descobriu que, a temperaturas extremamente baixas, certas substâncias exibem propriedades elétricas incomuns.
Em circunstâncias normais, uma corrente elétrica que passa através de um material condutor (como um fio de cobre) perde alguma intensidade ao longo do caminho. Até os condutores muito bons que usamos em nossas redes elétricas são imperfeitos e falham em transportar toda a energia de uma estação de energia para sua tomada. Alguns elétrons simplesmente se perdem ao longo do caminho.
Mas supercondutores são diferentes. Uma corrente elétrica introduzida em um laço de fio supercondutor continuará circulando para sempre, sem nenhuma perda. Os supercondutores expulsam campos magnéticos e, portanto, empurram poderosamente os ímãs. Eles têm aplicativos em computação de alta velocidade e outras tecnologias. O problema é que os tipos de temperaturas extremamente baixas nas quais os supercondutores geralmente operam os tornam impraticáveis para uso comum.
Caça sem mapa
Por mais de um século, os físicos têm procurado supercondutividade em materiais mais quentes. Mas encontrar supercondutividade é um pouco parecido com ouro: experiências e teorias passadas podem lhe dizer amplamente onde procurar, mas você não saberá onde está até que faça o caro e demorado trabalho de verificação.
"Você tem tantos materiais. Você tem um espaço enorme para explorar", disse Lilia Boeri, física da Universidade Sapienza de Roma, que apresentou um trabalho depois de Hemley explorando a possibilidade de supercondutores ainda mais quentes que o LaH10 e explicando por que materiais como este são supercondutor a pressões extremas.
Em 1986, os pesquisadores descobriram cerâmicas supercondutoras a temperaturas tão altas quanto 30 graus acima do zero absoluto ou menos 406 graus Fahrenheit (menos 243 graus Celsius). Mais tarde, nos anos 90, os pesquisadores examinaram seriamente as pressões muito altas, para ver se poderiam revelar novos tipos de supercondutores.
Mas, naquele momento, disse Boeri à Live Science, ainda não havia uma boa maneira de determinar se um material seria supercondutor ou a que temperatura o faria até que fosse testado. Como resultado, os registros críticos de temperatura - as temperaturas nas quais a supercondutividade aparece - permaneceram muito baixos.
"O arcabouço teórico estava lá, mas eles não tinham a capacidade de usá-lo", disse Boeri.
O próximo grande avanço ocorreu em 2001, quando os pesquisadores mostraram que o diboreto de magnésio (MgB2) era supercondutor a 39 graus acima do zero absoluto, ou menos 389 F (menos 234 C).
"era muito baixa", disse ela, "mas naquele momento foi um grande avanço, porque mostrou que você podia ter supercondutividade com uma temperatura crítica duas vezes mais alta do que se pensava ser possível anteriormente".
Hidrogênio de esmagamento
Desde então, a busca por supercondutores quentes mudou de duas maneiras principais: os cientistas dos materiais perceberam que elementos mais leves ofereciam possibilidades tentadoras de supercondução. Enquanto isso, os modelos de computador avançaram ao ponto em que os teóricos podiam prever com antecedência exatamente como os materiais podem se comportar em circunstâncias extremas.
Os físicos começaram no lugar óbvio.
"Então, você quer usar elementos leves, e o elemento mais leve é o hidrogênio", disse Boeri. "Mas o problema é o próprio hidrogênio - isso não pode ser supercondutor, porque é um isolador. Portanto, para ter um supercondutor, primeiro você precisa transformá-lo em um metal. É preciso fazer algo e a melhor coisa que você pode fazer é apertá-lo. "
Na química, um metal é praticamente qualquer coleção de átomos unidos porque se assentam em uma sopa de elétrons que flui livremente. A maioria dos materiais que chamamos de metais, como cobre ou ferro, são metálicos à temperatura ambiente e a pressões atmosféricas confortáveis. Mas outros materiais podem se tornar metais em ambientes mais extremos.
Em teoria, o hidrogênio é um deles. Mas há um problema.
"Isso requer pressão muito maior do que a tecnologia existente", disse Hemley em sua palestra.
Isso faz com que os pesquisadores procurem materiais que contenham muito hidrogênio que formarão metais - e, esperançosamente, se tornem supercondutores, a pressões possíveis.
No momento, disse Boeri, os teóricos que trabalham com modelos de computador oferecem materiais experimentalistas que podem ser supercondutores. E os experimentalistas escolhem as melhores opções para testar.
Existem limites para o valor desses modelos, no entanto, disse Hemley. Nem todas as previsões ocorrem no laboratório.
"Pode-se usar cálculos com muita eficácia neste trabalho, mas é preciso fazer isso de forma crítica e, finalmente, fornecer testes experimentais", disse ele à multidão reunida.
Hemley e o "supercondutor de temperatura ambiente" de sua equipe, o LaH10, parecem ser o resultado mais emocionante ainda desta nova era de pesquisas. Esmagada a cerca de 1 milhão de vezes a pressão da atmosfera da Terra (200 gigapascais) entre os pontos de dois diamantes opostos, uma amostra de LaH10 parece tornar-se supercondutora a 260 graus acima do zero absoluto, ou 8 ° F (menos 13 ° C).
Outra execução do experimento descrito no mesmo artigo parece mostrar supercondutividade a 280 graus acima do zero absoluto, ou 44 F (7 C). Essa é uma temperatura ambiente fria, mas não é uma temperatura muito difícil de alcançar.
Hemley encerrou sua palestra sugerindo que, no futuro, esse trabalho de alta pressão poderia levar a materiais supercondutores, tanto em temperaturas quentes quanto em pressões normais. Talvez um material, uma vez pressurizado, possa permanecer um supercondutor após a liberação da pressão, disse ele. Ou talvez as lições sobre estrutura química aprendidas em altas temperaturas possam apontar o caminho para estruturas supercondutoras de baixa pressão.
Isso seria um divisor de águas, disse Boeri.
"Isso é basicamente pesquisa fundamental. Não tem aplicação", disse ela. "Mas digamos que você crie algo que funcione sob pressão, digamos, 10 vezes menor do que agora. Isso abre a porta para fios supercondutores, outras coisas".
Perguntada se ela espera ver um supercondutor de temperatura e pressão ambiente durante sua vida, ela assentiu com entusiasmo.
"Com certeza", ela disse.
