Durante mais de 30 anos, um número representou uma barreira obstinada à investigação da supercondutividade: 133 Kelvin, ou cerca de 220 graus Fahrenheit negativos. Apesar de décadas de esforço, nenhum material foi capaz de superconduzir em altas temperaturas sob pressão normal.
Pesquisadores da Universidade de Houston e do Laboratório Nacional de Argonne (ANL) quebraram agora esse recorde de décadas.
Submetendo brevemente um supercondutor de óxido de cobre à sobrepressão e depois liberando-o rapidamente, eles alcançaram uma supercondutividade de 151 Kelvin (menos 190 graus Fahrenheit) à pressão normal.
Este registo é importante porque os supercondutores podem transportar eletricidade sem resistência, eliminando potencialmente as perdas de energia nas redes elétricas e permitindo ímanes mais potentes, tecnologia quântica e sistemas de fusão.
No entanto, a maioria dos supercondutores só funciona em temperaturas extremamente baixas, enquanto os poucos que se aproximam da temperatura ambiente requerem pressões enormes que os tornam impraticáveis fora do laboratório.
Os novos resultados sugerem que o estresse não precisa fazer parte da equação. Ao prender um supercondutor num estado de pressão alterada, os investigadores preservaram um aumento de temperatura que normalmente desapareceria no momento em que a compressão fosse interrompida. Veja como eles fizeram isso:
Empurrando a supercondutividade além dos limites de 30 anos
A equipe trabalhou com um supercondutor de óxido de cobre chamado Hg-1223, o mesmo material que detém o recorde de pressão ambiente desde o início dos anos 1990.
“Para estabelecer um Tc recorde à pressão ambiente via PQP, escolhemos o Hg1223 quimicamente estável porque ele tem um Tc recorde atual de 133 K à pressão ambiente e exibe um grande efeito de pressão positiva em seu Tc sob pressão, 164 K”, observam os pesquisadores.
Os pesquisadores comprimiram pequenas amostras dentro de uma bigorna de diamante a cerca de 30 gigapascais, cerca de 300 vezes a pressão encontrada no fundo do oceano. Sob estas condições, a temperatura supercondutora do material aumenta significativamente.
A etapa principal veio após a compactação. Em vez de deixar lentamente o material voltar ao normal, os pesquisadores liberaram a pressão rapidamente, mantendo a amostra fria.
Este processo de alívio de tensões bloqueia o material em um estado metaestável, impedindo que sua estrutura atômica retorne totalmente ao normal. Como resultado, a amostra manteve a supercondutividade em 151 Kelvin mesmo depois de a pressão ter sido completamente removida, superando o recorde anterior em 18 Kelvin.
Os raios X revelaram porque a melhoria persistiu
Quebrar o recorde foi apenas metade do desafio. Os pesquisadores queriam entender por que o material manteve suas propriedades melhoradas após a descompressão.
Para investigar, a equipe usou fontes avançadas de fótons no Laboratório Nacional de Argonne. Seus feixes de raios X altamente focados permitem examinar mudanças estruturais sutis dentro do material durante o processo de alívio de tensão.
As medições mostram que a rápida liberação de tensão deixa para trás numerosos defeitos microscópicos na estrutura cristalina. Normalmente, tais defeitos são considerados defeitos, mas neste caso parecem ajudar a estabilizar o estado supercondutor.
Os resultados sugerem que o material retém a memória estrutural de ambientes de alta pressão. Em vez de retornar totalmente à sua forma original, retém estrutura induzida por tensão suficiente para manter a supercondutividade em altas temperaturas.
É hora de testar ainda mais a técnica de pressão e liberação
O novo recorde não elimina a necessidade de resfriamento, e o material ainda opera bem abaixo da temperatura ambiente. No entanto, a pesquisa mostra que a supercondutividade aumentada por pressão pode sobreviver depois que a pressão é removida, um resultado que muitos pesquisadores buscam há muito tempo.
Ao contrário dos supercondutores que requerem pressões extremas constantes, o novo material pode agora ser testado em condições normais de laboratório. Isso pode tornar mais fácil para os pesquisadores investigarem os mecanismos por trás de seu comportamento e explorarem aplicações potenciais.
“Com este material ainda supercondutor à pressão normal, os cientistas podem estudá-lo com instrumentos amplamente disponíveis e começar a desenvolver tecnologias que funcionem em condições quotidianas”, disse Hua Zhou, um dos investigadores e físico da ANL.
O próximo passo é determinar se a mesma técnica pode ser aplicada a outros supercondutores, incluindo materiais que atingem temperaturas de transição ainda mais altas sob pressão.
Se for bem-sucedido, o método poderá fornecer um caminho prático para supercondutores que operam em condições cada vez mais comuns.
D Estudar publicado na revista PNAS.
