Cálculos realizados por uma equipe internacional de pesquisadores da Espanha, Itália, França, Alemanha e Japão mostram que a estrutura cristalina do composto LaH10 supercondutor recorde é estabilizada por flutuações quânticas atômicas. Esse resultado sugere que a supercondutividade próxima à temperatura ambiente pode ser possível em compostos ricos em hidrogênio a pressões muito mais baixas do que o esperado anteriormente com cálculos clássicos. Os resultados são publicados na Nature.
Atingir a supercondutividade à temperatura ambiente é um dos maiores sonhos da física. Sua descoberta traria uma revolução tecnológica, fornecendo transporte elétrico sem perda, motores ou geradores elétricos ultra-eficientes, bem como a possibilidade de criar enormes campos magnéticos sem refrigeração. As recentes descobertas de supercondutividade, primeiro a 200 kelvin em sulfeto de hidrogênio e depois a 250 kelvin em LaH10, despertaram a atenção para esses materiais, trazendo esperanças de alcançar a temperatura ambiente em breve. Agora está claro que compostos ricos em hidrogênio podem ser supercondutores de alta temperatura. Pelo menos em altas pressões: as duas descobertas foram feitas acima de 100 gigapascais, um milhão de vezes a pressão atmosférica.
Os 250 kelvin (-23ºC) obtidos no LaH10, a temperatura usual em que os freezers domésticos trabalham, é a temperatura mais quente para a qual a supercondutividade já foi observada. A possibilidade de supercondutividade a alta temperatura em LaH10, um super-hidreto formado por lantânio e hidrogênio, foi antecipada pelas previsões da estrutura cristalina em 2017. Esses cálculos sugeriram que, acima de 230 gigapascal, um composto LaH10 altamente simétrico (grupo espacial Fm-3m), com um uma gaiola de hidrogênio envolvendo os átomos de lantânio (ver figura) seria formada. Foi calculado que essa estrutura distorceria a pressões mais baixas, quebrando o padrão altamente simétrico. No entanto, experimentos realizados em 2019 foram capazes de sintetizar o composto altamente simétrico a pressões muito mais baixas, de 130 e 220 gigapascais, e medir a supercondutividade em torno de 250 kelvin nessa faixa de pressão. A estrutura cristalina do supercondutor de discos e, portanto, sua supercondutividade, permaneceu, portanto, não totalmente clara.
Agora, graças aos novos resultados publicados na Nature, sabemos que as flutuações quânticas atômicas “colam” a estrutura simétrica de LaH10 em toda a faixa de pressão em que a supercondutividade foi observada. Mais detalhadamente, os cálculos mostram que, se os átomos são tratados como partículas clássicas, isto é, como simples pontos no espaço, muitas distorções da estrutura tendem a diminuir a energia do sistema. Isso significa que o cenário clássico de energia é muito complexo, com muitos mínimos (veja a figura), como um colchão altamente deformado, porque muitas pessoas estão de pé nele. No entanto, quando os átomos são tratados como objetos quânticos, descritos com uma função de onda deslocalizada, o cenário energético é completamente remodelado: apenas um mínimo é evidente (veja a figura), que corresponde à estrutura Fm-3m altamente simétrica. De alguma forma, os efeitos quânticos se livram de todos os que estão no colchão, menos de uma pessoa, que deforma o colchão apenas em um único ponto.
Além disso, as estimativas da temperatura crítica usando o cenário de energia quântica concordam satisfatoriamente com as evidências experimentais. Isso suporta ainda mais a estrutura de alta simetria do Fm-3m como responsável pelo registro supercondutor.
Publicado em 07/02/2020 08h42
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