A TU Wien realizou cálculos que sugerem o uso do metal precioso paládio como um material “Goldilocks” para criar supercondutores que permanecem supercondutores mesmo em temperaturas relativamente altas.
No reino da física moderna, uma busca empolgante está em andamento: identificar o método ideal para criar supercondutores que mantenham sua supercondutividade em altas temperaturas e pressão ambiente. Essa busca foi revigorada nos últimos tempos pelo surgimento dos niquelados, inaugurando uma nova era de supercondutividade.
A base desses supercondutores está no níquel, levando vários cientistas a se referirem a esse período de pesquisa de supercondutividade como a “era do níquel”. Em vários aspectos, os niquelados são semelhantes aos cupratos, encontrados na década de 1980 e baseados no cobre.
Mas agora uma nova classe de materiais está entrando em jogo: em uma cooperação entre a TU Wien e universidades no Japão, foi possível simular o comportamento de vários materiais no computador com mais precisão do que antes.
Existe uma “zona Goldilocks” na qual a supercondutividade funciona particularmente bem. E esta zona não é atingida nem com níquel nem com cobre, mas com paládio. Isso poderia inaugurar uma nova “era de paladados” na pesquisa de supercondutividade. Os resultados foram publicados na revista científica Physical Review Letters.
A busca por temperaturas de transição mais altas
Em altas temperaturas, os supercondutores se comportam de maneira muito semelhante a outros materiais condutores. Mas quando eles são resfriados abaixo de uma certa “temperatura crítica”, eles mudam drasticamente: sua resistência elétrica desaparece completamente e de repente eles podem conduzir eletricidade sem nenhuma perda. Este limite, no qual um material muda entre um estado supercondutor e um estado de condução normal, é chamado de “temperatura crítica”.
“Agora conseguimos calcular essa “temperatura crítica” para toda uma gama de materiais. Com nossa modelagem em computadores de alto desempenho, fomos capazes de prever o diagrama de fase da supercondutividade de níquel com alto grau de precisão, como os experimentos mostraram posteriormente”, diz o Prof. Karsten Held, do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien .
Muitos materiais se tornam supercondutores apenas um pouco acima do zero absoluto (-273,15°C), enquanto outros mantêm suas propriedades supercondutoras mesmo em temperaturas muito mais altas. Um supercondutor que ainda permanecesse supercondutor à temperatura ambiente normal e à pressão atmosférica normal revolucionaria fundamentalmente a maneira como geramos, transportamos e usamos eletricidade. No entanto, tal material ainda não foi descoberto.
No entanto, os supercondutores de alta temperatura, incluindo os da classe do cuprato, desempenham um papel importante na tecnologia – por exemplo, na transmissão de grandes correntes ou na produção de campos magnéticos extremamente fortes.
Cobre? Níquel? Ou Paládio?
A busca pelos melhores materiais supercondutores possíveis é difícil: há muitos elementos químicos diferentes que podem ser questionados. Você pode colocá-los juntos em diferentes estruturas, você pode adicionar pequenos vestígios de outros elementos para otimizar a supercondutividade. “Para encontrar candidatos adequados, você precisa entender em um nível quântico-físico como os elétrons interagem uns com os outros no material”, diz o Prof. Karsten Held.
Isso mostrou que existe um ótimo para a força de interação dos elétrons. A interação deve ser forte, mas também não muito forte. Existe uma “zona dourada” no meio que permite atingir as temperaturas de transição mais altas.
Palladates como a solução ideal
Essa zona áurea de interação média não pode ser alcançada nem com cupratos nem com niquelados – mas pode-se acertar na mosca com um novo tipo de material: os chamados palladatos. “O paládio está diretamente uma linha abaixo do níquel na tabela periódica. As propriedades são semelhantes, mas os elétrons estão em média um pouco mais distantes do núcleo atômico e uns dos outros, então a interação eletrônica é mais fraca”, diz Karsten Held.
Os cálculos do modelo mostram como atingir temperaturas de transição ideais para dados de paládio. “Os resultados computacionais são muito promissores”, diz Karsten Held. “Esperamos que agora possamos usá-los para iniciar pesquisas experimentais. Se tivermos toda uma nova classe adicional de materiais disponíveis com palladatos para entender melhor a supercondutividade e criar supercondutores ainda melhores, isso poderá trazer todo o campo de pesquisa adiante”.
Publicado em 01/05/2023 20h58
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