[io9] Grande mistério que impede supercondutores pode ter sido resolvido

Supercondutores conduzem corrente elétrica sem perda de energia. Eles poderiam revolucionar a rede elétrica, mas por enquanto só funcionam em temperaturas extremamente baixas. Mas acabaram de descobrir um motivo crucial para isto – e é possível que tenham descoberto supercondutores próximos à temperatura ambiente também.

Os cientistas passaram as duas últimas décadas tentando entender porque supercondutores só funcionam apenas em temperaturas levemente mais altas que o zero absoluto. Eles conseguiram identificar a fase chamada de fase "pseudogap", que é um intervalo de temperatura abaixo da temperatura ambiente no qual a supercondutividade acaba. Já sabemos que tem alguma coisa que ocorre nos elétrons durante essa fase que faz os supercondutores não funcionarem, mas até então não havíamos conseguido descobrir o quê, apesar de muitas tentativas frustradas.

Mas físicos do Departamento de Energia dos EUA podem ter resolvido este mistério. Trabalhando com supercondutores de óxido de cobre, eles identificaram uma mudança no comportamento dos elétrons que só ocorre durante a fase pseudogap. Especififcamente, eles repararam em como os elétrons conseguiam "pular" de cada região de cobre e oxigênio para a ponta de uma agulha microscópica.

A diferença no comportamento dos elétrons era bastante óbvia, explica o chefe do projeto Séamus Davis:

"Imagine o átomo de cobre no centro da estrutura, com um oxigênio ao ‘norte’ e outro a ‘leste’, e essa estrutura se repete indefinidamente na camada de óxido de cobre. Em cada uma dessas estruturas de óxido de cobre, o efeito túnel dos elétrons no átomo de oxigênio ao norte era diferente do efeito no oxigênio a leste."

Encontrar uma quebra tão clara de simetria é bem interessante, porque há diversos precedentes de assimetrias revolucionando nossa compreensão de outros sistemas. Por exemplo, a descoberta de simetrias interrompidas em cristais líquidos deu aos cientistas a direção para controlar o cristal, e agora displays de cristal líquido – as telas LCD – são bastante comuns e acessíveis hoje. A esperança é de que nosso entendimento de supercondutores dê um salto enorme assim quando explorarmos a assimetria da fase pseudogap.

Os pesquisadores esperam encontrar simetrias interrompidas em outros supercondutores de óxido de cobre. Eles também estão tentando descobrir como a assimetria afeta o fluxo de elétrons, como isto por sua vez afeta a supercondutividade, e como superar estes problemas para tornar possíveis os supercondutores à temperatura ambiente.

Ainda há muito trabalho a ser feito, mas Davis explica que os benefícios em potencial são incalculáveis:

"Desenvolver supercondutores que operam sem a necessidade de resfriadores seria transformador. Tais materiais iriam aumentar muito a eficiência dos sistemas de distribuição de energia, en´conomizando quantidades enormes de dinheiro e atualizando a rede elétrica para atender às necessidades do século 21."

Atualmente, os únicos supercondutores que funcionam precisam operar a temperaturas extremamente baixas. O fato de que eles funcionam sem resistência, e portanto sem perda de energia, é uma fonte de economia de recursos na teoria, mas na prática os benefícios são quase que superados pela quantidade enorme de resfriadores exóticos necessários para fazer a rede operar em temperaturas baixas. [Nature]