
doi.org/10.1038/s41586-025-09169-7
Credibilidade: 999
#Grafite
Cientistas do MIT encontraram um material incrível: um supercondutor que também funciona como ímã
Eles usaram camadas especiais de grafeno, que vem do grafite (o mesmo material do “lápis”), e descobriram algo que ninguém achava possível até agora.
Por mais de 100 anos, os cientistas pensavam que magnetismo e supercondutividade não podiam existir juntos, como água e óleo, que não se misturam. Mas uma nova descoberta do MIT está mudando essa ideia.
Em um estudo publicado na revista Nature, a equipe revelou um material chamado supercondutor quiral. Ele conduz eletricidade sem nenhuma resistência (ou seja, sem perder energia) e, ao mesmo tempo, é magnético. Essa combinação é algo totalmente novo e nunca visto de forma tão clara antes.
O mais impressionante? Esse comportamento especial foi encontrado no grafite, o material comum que usamos em lápis.
O Poder Escondido do Grafite
O grafite é formado por várias camadas de grafeno, que é uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura, organizada em um padrão de colmeia. Normalmente, essas camadas estão alinhadas direitinho, como uma pilha de folhas de papel, e podem se soltar facilmente, como quando escrevemos com um lápis. Mas, em alguns casos, pequenas partes do grafite formam uma espécie de “escadinha”, com as camadas desalinhadas de um jeito especial, chamado de padrão romboédrico.
Os cientistas do MIT descobriram que, quando o grafite tem quatro ou cinco camadas nesse padrão romboédrico, ele ganha propriedades eletrônicas completamente novas, que não aparecem no grafite comum.
Criando Supercondutividade no Grafeno Romboédrico
No estudo, os pesquisadores separaram pedaços minúsculos de grafeno romboédrico do grafite e fizeram testes elétricos. Eles descobriram que, quando esses pedaços são resfriados a uma temperatura extremamente baixa, cerca de -273°C (ou 300 milikelvins), o material se torna um supercondutor. Isso significa que a eletricidade pode passar por ele sem nenhuma resistência, ou seja, sem perder energia.
Além disso, eles perceberam que, ao aplicar um campo magnético externo e mudá-lo de direção, o material conseguia alternar entre dois estados supercondutores, como se fosse um ímã. Isso sugere que o supercondutor tem um magnetismo interno próprio, algo que não acontece em outros supercondutores.
“Todo mundo achava que supercondutores não gostam de campos magnéticos”, explica Long Ju, professor de física do MIT e principal autor do estudo. “Mas acreditamos que essa é a primeira vez que um supercondutor se comporta como ímã de forma tão clara e simples. Isso é algo muito estranho, porque vai contra o que as pessoas geralmente pensam sobre supercondutividade e magnetismo.”
O estudo contou com a participação de vários pesquisadores do MIT, além de colaboradores da Universidade do Estado da Flórida, da Universidade de Basel, na Suíça, e do Instituto Nacional de Ciência dos Materiais, no Japão.
Desafiando o que Sabíamos sobre Supercondutores
Em materiais condutores comuns, como fios de cobre, os elétrons se movem de forma desorganizada, batendo uns nos outros e nos átomos do material. Cada colisão faz os elétrons perderem um pouco de energia, geralmente na forma de calor. Mas, em alguns materiais, quando resfriados a temperaturas muito baixas, eles se tornam supercondutores. Nesse estado, os elétrons formam pares, chamados de pares de Cooper, que deslizam pelo material sem resistência, sem perder energia.
Desde que a supercondutividade foi descoberta, em 1911, os cientistas confirmaram que a resistência elétrica zero é uma característica essencial dos supercondutores. Outra característica importante foi descoberta em 1933, por Walther Meissner. Ele mostrou que um supercondutor expulsa campos magnéticos, um fenômeno chamado efeito Meissner. Isso acontece porque os pares de elétrons trabalham juntos para afastar qualquer campo magnético.
Por causa disso, os cientistas sempre assumiram que todos os supercondutores têm essas duas propriedades: resistência elétrica zero e repulsão a campos magnéticos. Essas características permitem coisas como trens de levitação magnética (Maglev), que flutuam sobre trilhos supercondutores.
Uma Descoberta Inesperada
Os pesquisadores do MIT não tinham motivo para duvidar dessas ideias quando começaram seus experimentos. Nos últimos anos, eles estavam estudando as propriedades elétricas do grafeno romboédrico de cinco camadas. Eles já tinham descoberto que essa estrutura podia fazer os elétrons se dividirem em frações, um fenômeno bem curioso. Isso aconteceu quando colocaram o grafeno sobre uma camada de nitreto de boro hexagonal (um material parecido com o grafeno) e desalinharam levemente as camadas.
Querendo entender melhor, eles continuaram os testes, dessa vez desalinhando ainda mais as camadas de grafeno e nitreto de boro. Para a surpresa deles, quando enviaram eletricidade pelo material a temperaturas abaixo de 300 milikelvins, a resistência elétrica caiu a zero. O fenômeno das frações de elétrons sumiu, e o que apareceu foi a supercondutividade.
Picos de Resistência que Desafiam a Física
Os cientistas foram além e testaram como esse novo estado supercondutor reagia a um campo magnético externo. Eles aplicaram um ímã ao material, junto com uma voltagem, e mediram a corrente elétrica que saía. Ao mudar o campo magnético de negativo para positivo (como mudar de um polo norte para um polo sul), o material continuou supercondutor, com resistência zero, exceto em dois momentos, um em cada polaridade magnética. Nesses momentos, a resistência aumentava por um instante antes de voltar a zero, retornando ao estado supercondutor.
“Se fosse um supercondutor comum, ele manteria resistência zero até o campo magnético atingir um ponto crítico, onde a supercondutividade seria destruída”, explica Zach Hadjri, um estudante do grupo. “Mas esse material parece alternar entre dois estados supercondutores, como um ímã que muda de direção. Isso não faz sentido!”
Os Segredos Quânticos do Grafeno Romboédrico
Mesmo parecendo estranho, os pesquisadores observaram o mesmo comportamento em seis amostras diferentes. Eles acreditam que a configuração especial do grafeno romboédrico é a chave. O material tem uma estrutura simples de átomos de carbono. Quando resfriado a temperaturas muito baixas, as vibrações térmicas diminuem, permitindo que os elétrons “sintam” uns aos outros e interajam.
Essas interações quânticas podem fazer os elétrons formarem pares e se tornarem supercondutores. Além disso, essas interações podem fazer os elétrons se organizarem de forma especial, ocupando um dos dois estados de movimento opostos, chamados de “vales”. Em supercondutores comuns, os pares de elétrons vêm de vales opostos, o que faz com que o movimento total seja zero, sem magnetismo. Mas, nesse material, os cientistas suspeitam que todos os elétrons ficam no mesmo vale, criando pares supercondutores com movimento e magnetismo próprios.
Possibilidades para Computação Quântica
“Você pode imaginar os dois elétrons de um par girando no sentido horário ou anti-horário, como um ímã apontando para cima ou para baixo”, explica Tonghang Han, outro estudante do grupo. “Achamos que essa é a primeira vez que um supercondutor se comporta como ímã por causa do movimento dos elétrons, o que chamamos de supercondutor quiral. É algo único e pode ser um candidato para computação quântica mais robusta.”
“Tudo que descobrimos nesse material foi completamente inesperado”, diz Zhengguang Lu, ex-pesquisador do grupo e agora professor na Universidade do Estado da Flórida. “Mas como é um sistema simples, achamos que temos uma boa chance de entender o que está acontecendo e descobrir princípios físicos profundos.”
“É incrível que um supercondutor quiral tão exótico venha de ingredientes tão simples”, adiciona Liang Fu, professor de física do MIT. “A supercondutividade no grafeno romboédrico tem muito a oferecer.?
Publicado em 04/06/2025 15h30
Texto adaptado por IA (Grok) do original em inglês. Imagens de bibliotecas públicas de imagens ou créditos na legenda. Informações sobre DOI, autor e instituição encontram-se no corpo do artigo.
Estudo original:
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