Um pesquisador da Universidade de Tsukuba apresenta um novo modelo teórico de supercondutividade de alta temperatura, no qual a corrente elétrica pode fluir com resistência zero, o que pode levar a uma geração e transmissão de energia extremamente eficientes.
Um cientista da Divisão de Física da Matéria Condensada Quântica da Universidade de Tsukuba formulou uma nova teoria da supercondutividade. Com base no cálculo da “conexão de Berry”, este modelo ajuda a explicar novos resultados experimentais melhor do que a teoria atual. A obra pode permitir que futuras redes elétricas enviem energia sem perdas.
Supercondutores são materiais fascinantes que podem parecer normais em condições ambientais, mas quando resfriados a temperaturas muito baixas, permitem que a corrente elétrica flua com resistência zero. Existem várias aplicações óbvias da supercondutividade, como a transmissão de energia sem perdas, mas a física subjacente a esse processo ainda não é claramente compreendida. A forma estabelecida de pensar sobre a transição do normal para o supercondutor é chamada de teoria de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). Neste modelo, desde que as excitações térmicas sejam mantidas pequenas o suficiente, as partículas podem formar “pares de Cooper” que viajam juntas e resistem ao espalhamento. No entanto, o modelo BCS não explica adequadamente todos os tipos de supercondutores, o que limita nossa capacidade de criar materiais supercondutores mais robustos que funcionam à temperatura ambiente.
Agora, um cientista da Universidade de Tsukuba apresentou um novo modelo de supercondutividade que revela melhor os princípios físicos. Em vez de focar no emparelhamento de partículas carregadas, esta nova teoria usa a ferramenta matemática chamada de “conexão de Berry”. Este valor calcula a torção do espaço por onde os elétrons viajam. “Na teoria BCS padrão, a origem da supercondutividade é o emparelhamento de elétrons. Nesta teoria, a supercorrente é identificada como o fluxo sem dissipação dos elétrons emparelhados, enquanto os elétrons únicos ainda experimentam resistência”, disse o professor autor Hiroyasu Koizumi.
A título de ilustração, as junções Josephson são formadas quando duas camadas supercondutoras são separadas por uma barreira fina feita de metal normal ou um isolante. Embora amplamente utilizadas em detectores de campo magnético de alta precisão e computadores quânticos, as junções Josephson também não se encaixam perfeitamente na teoria BCS interna.
“Na nova teoria, o papel do emparelhamento de elétrons é estabilizar a conexão de Berry, ao invés de ser a causa da supercondutividade por si só, e a supercorrente é o fluxo de elétrons únicos e pares gerados devido à torção do espaço onde os elétrons viajam devido à conexão de Berry”, diz o professor Koizumi. Assim, esta pesquisa pode levar a avanços na computação quântica, bem como na conservação de energia.
Referência: “Supercondutividade por Berry Connection de funções de onda de muitos corpos: Revisit to Andreev-Saint-James Reflection and Josephson Effect” por Hiroyasu Koizumi, 5 de julho de 2021, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism.
Publicado em 18/07/2021 17h12
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