Os elementos da natureza podem ser divididos em duas categorias, dependendo de sua habilidade de conduzir eletricidade. Condutores, como cobre e prata, permitem que os elétrons andem livremente e possuam uma carga elétrica. Isolantes, como borracha ou madeira, seguram firme seus elétrons e não deixam que uma corrente flua.
No início do século XX, físicos desenvolveram novas técnicas de laboratório que permitiam esfriar materiais até o zero absoluto (-273 ºC) [A menor temperatura concebível no universo, onde qualquer tipo de movimento da matéria cessa completamente], e começaram a investigar o que acontecia com a condutividade elétrica em tais condições extremas. Em alguns elementos simples, como mercúrio e chumbo, eles descobriram algo incrível - abaixo de uma certa temperatura, esses materiais conduziam eletricidade sem nenhuma resistência. Nas décadas que vieram após essa descoberta, os cientistas descobriram esse comportamento em milhares de compostos, desde cerâmica até nanotubos de carbono.
Hoje, consideramos esse comportamento algo diferente de um condutor ou um isolante, um exótico terceiro estado chamado de supercondutor. Um supercondutor conduz eletricidade perfeitamente, ou seja, se colocássemos uma carga elétrica rodando em círculos por um fio assim, ela ficaria lá por bilhões de anos sem perder a intensidade.
Elétrons na Faixa de Ônibus
Em escala microscópica, os elétrons de um supercondutor se comportam de maneira muito diferente dos de um metal normal. Elétrons superconduzidos formam pares, o que permite que eles viajem com facilidade de uma ponta do material para a outra. O efeito é como uma faixa exclusiva para ônibus em uma avenida movimentada. Elétrons sozinhos ficam presos no trânsito, batendo uns nos outros e em obstáculos pelo caminho. Elétrons pareados ganham acesso à pista expressa e evitam o congestionamento.
Supercondutores já ganharam seu lugar ao sol em tecnologias como a Ressonância Magnética. Máquinas de RM usam supercondutores para gerar um grande campo magnético que dá aos médicos um jeito não-invasivo de olhar dentro do corpo de um paciente. Imãs supercondutores também permitiram a recente descoberta do Bóson de Higgs no CERN, dobrando e focando os feixes de partículas em colisão.
Uma das propriedades mais interessantes e potencialmente úteis dos supercondutores se mostra quando eles são colocados próximos a um imã poderoso. O campo magnético faz com que correntes elétricas apareçam espontaneamente na superfície do material, que então gera seu próprio campo magnético de polaridade oposta. A consequência disso é que o supercondutor levita consideravelmente acima do imã, suspenso no ar por uma força magnética invisível.
O que impede um uso mais difundido desses materiais é o fato dos supercondutores conhecidos só funcionarem em temperaturas muito baixas. Em elementos simples, por exemplo, a supercondutividade para a meros 10 Kelvin, ou -263ºC. Em compostos mais complexos, como o óxido de ítrio bário e cobre (YBa2Cu3O7), a supercondutividade se mantém a temperaturas mais altas, até 100 Kelvin (-173ºC). Apesar de ser uma grande melhoria, ainda é muito mais frio que o mais frio dos invernos da Antártida.
Os cientistas sonham em encontrar um material que mantenha sua supercondutividade à temperatura ambiente, mas é um senhor desafio. Aumentar a temperatura tende a destruir a cola que junta os elétrons em pares supercondutores, o que faz o material voltar para seu estado condutor sem graça. Um dos maiores problemas dessa área de estudo é não sabermos muita coisa sobre essa tal cola, exceto em alguns poucos casos.
De Superátomo a Supercondutor
Novas pesquisas feitas pela Universidade do Sul da califórnia deram um passo na direção de um entendimento maior da supercondutividade. Ao invés de estudar o efeito em materiais macroscópicos como fios, Vitaly kresin e seus colegas conseguiram isolar e examinar pequenos grupos de átomos de alumínio. Esses pequenos aglomerados conseguem funcionar como um "superátomo", compartilhando elétrons como se fossem um único átomo gigante.
O que surpreende é que foram detectadas possíveis assinaturas de pareamento de elétrons que duraram até o ponto de -173ºC. Ainda é bem frio, mas é cem vezes maior que a temperatura de supercondução de um pedaço de fio de alumínio. Por que esse bolinho de átomos superconduzem a uma temperatura muito mais alta que os milhões de átomos que formam um fio? Os físicos têm algumas sugestões, mas o efeito é muito pouco explorado, e pode ser um jeito interessante de prosseguir na busca por supercondutividade a altas temperaturas.
Alguém Quer Hoverboard?
Se os físicos conseguissem provocar a supercondutividade à temperatura ambiente em um material que fosse fácil de transformar em fios, importantes novas tecnologias estariam logo atrás. Por exemplo, aparelhos elétricos se tornariam muito mais eficientes e consumiriam menos energia.
O transporte de eletricidade a longas distâncias também ficaria muito mais fácil, o que seria ótimo para as fontes de energia renováveis. Alguns chegaram a propor a construção de cabos supercondutores gigantes ligando a Europa a fazendas solares no norte da África.
Os supercondutores levitarem sobre imãs também criam possibilidades para trens eficientes de altíssima velocidade que flutuam sobre uma pista magnética, bem como o hoverboard de Marty McFly em De Volta Para o Futuro. Engenheiros japoneses testaram substituir as rodas de um trem com grandes supercondutores que fazem os vagões flutuarem alguns centímetros acima do trilho. A ideia funciona na teoria, mas sofre com o fato dos trens terem que carregar tanques caríssimos de hélio líquido para manter os materiais frios.
Muitas tecnologias com supercondutores não vão sair do papel, por serem caras demais para implementar, a menos que o mítico supercondutor de temperatura ambiente seja descoberto. Mas é possível que os avanços feitos pelo grupo de Kresin seja um marco nessa jornada.
Fonte: IFLScience
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