Pela primeira vez, os físicos alcançaram supercondutividade em temperatura envolvente

Um novo marco importante na procura da supercondutividade acaba de ser apanhado. Pela primeira vez, os físicos alcançaram o fluxo livre de resistência de uma fluente elétrica à temperatura envolvente: tapume de 15 graus Celsius (59 graus Fahrenheit).

Isso quebrou o registro anterior de -23 graus Celsius (-9,4 graus Fahrenheit), e significou a perspectiva de supercondutividade funcional um grande passo primeiro.

“Por justificação dos limites de baixa temperatura, materiais com propriedades tão extraordinárias não acabaram de transformar o mundo da maneira que muitos imaginam”, disse o físico Ranga Dias, da Universidade de Rochester, em transmitido à prensa.

“No entanto, nossa invenção quebrará essas barreiras e abrirá a porta para muitas aplicações possíveis.”

A supercondutividade foi invenção pela primeira vez em 1911 e, desde portanto, tornou-se um objetivo muito perseguido na física da material condensada.

Ele consiste em duas propriedades principais. O primeiro é a resistência zero. Normalmente, o fluxo de uma fluente elétrica tem um notório proporção de resistência, tanto quanto a resistência do ar empurra um objeto em movimento, por exemplo. Quanto maior a condutividade de um material, menos resistência elétrica ele tem e a fluente pode fluir mais livremente.

O segundo é um tanto chamado Efeito Meissner, em que os campos magnéticos do material supercondutor são expelidos. Isso força as linhas do campo magnético a serem redirecionadas ao volta do material. Se um pequeno ímã permanente for disposto em um material supercondutor, a força repulsiva dessas linhas de campo magnético fará com que ele levite.

As possíveis aplicações da supercondutividade podem revolucionar nosso mundo, desde o transporte maglev até a transferência de dados e redes elétricas sem perdas. Mas existe um grande problema.

Os materiais supercondutores geralmente são criados e mantidos em temperaturas extremamente baixas, muito aquém das encontradas na natureza. Manter os materiais nessas temperaturas é difícil e dispendioso, o que tem se mostrado uma barreira prática para uma implementação mais ampla.

Recentemente, os físicos obtiveram sucesso em aumentar a temperatura em elementos leves, uma vez que o sulfeto de hidrogênio e hidreto de lantânio. O elemento generalidade ali é o hidrogênio, o elemento mais ligeiro da natureza. Mas o hidrogênio uma vez que gás é um isolante; para ser supercondutor, tem que ser metálico sob pressões imensas.

“Tem uma temperatura subida supercondutor, você deseja links mais fortes e elementos mais leves. Esses são os dois critérios básicos. O hidrogênio é o material mais ligeiro e a relação de hidrogênio é uma das mais fortes ”, disse Dias.

“É teorizado que o hidrogênio metálico sólido tem uma subida temperatura Debye e um potente acoplamento elétron-fônon que é necessário para a supercondutividade da temperatura envolvente.”

O laboratório de supercondutividade. (Adam Fenster)

uma vez que o hidrogênio metálico puro só pode ser criado sob pressão extrema, as condições certas são extremamente difíceis de depreender. Duas equipes relataram sucesso em criá-lo nos últimos anos.

Em 2017, os físicos relataram hidrogênio metálico a pressões entre 465 e 495 gigapascais e temperaturas de 5,5 Kelvin (-267,65 ° C; -449,77 ° F). Em 2019, os físicos relataram hidrogênio metálico a pressões de 425 gigapascals e temperaturas de 80 Kelvin (-193 ° C; -316 ° F). Nenhum deles chega perto da temperatura envolvente. E, para referência, a pressão no núcleo da terreno é entre 330 e 360 ​​gigapascals.

O próximo melhor é um metal rico em hidrogênio, uma vez que sulfeto de hidrogênio e hidreto de lantânio usados ​​em experimentos anteriores. Eles imitam as propriedades supercondutoras do hidrogênio metálico puro em pressões muito mais baixas.

portanto, uma equipe de físicos liderada por Elliot Snider, da Universidade de Rochester, começou a fazer experiências. Primeiro, eles tentaram combinar hidrogênio com ítrio para gerar super-hidreto de ítrio. Este material exibiu supercondutividade a -11 graus Celsius (12 graus Fahrenheit) com uma pressão de 180 gigapascais.

Snider e sua equipe tentaram combinar carbono, súlfur e hidrogênio para gerar hidreto de súlfur de carbono. Eles extraíram uma pequena réplica em uma bigorna de diamante e mediram a supercondutividade. E eles encontraram, a 270 gigapascals e 15 graus Celsius.

Obviamente, ainda está longe de ser usado nas circunstâncias do dia a dia. Os tamanhos das amostras eram microscópicos, entre 25 e 35 microns, e a pressão na qual a supercondutividade surgiu ainda é pouco prática.

A próxima lanço da pesquisa será tentar reduzir a subida pressão necessária ajustando a constituição química da réplica. Se conseguirem fazer a mistura certa, os pesquisadores acreditam que um supercondutor de temperatura e pressão envolvente finalmente estará ao nosso alcance.

A pesquisa foi publicada em Natureza.