Um dos principais objetivos da física moderna é liberar o poder da supercondutividade, onde a eletricidade flui com resistência zero à temperatura ambiente.
O progresso tem sido lento, mas em 2018, os físicos fizeram um avanço inesperado. Eles descobriram um supercondutor que funciona de uma maneira que ninguém nunca viu antes – e isso abre a porta para todo um mundo de possibilidades não consideradas até agora.
Em outras palavras, eles identificaram um novo tipo de supercondutividade .
Por que isso importa? Bem, quando a eletricidade normalmente flui através de um material – por exemplo, o modo como ele viaja através de fios na parede quando acendemos uma luz – é rápido, mas surpreendentemente ineficaz.
A eletricidade é transportada por elétrons, que se chocam com átomos no material ao longo do caminho, perdendo um pouco de sua energia cada vez que têm uma dessas colisões. Conhecido como resistência, é a razão pela qual as redes de eletricidade perdem até 7% de sua eletricidade.
Mas quando alguns materiais são resfriados a temperaturas ridiculamente baixas, algo mais acontece – os elétrons se unem e começam a fluir em ordem sem resistência.
Isso é conhecido como supercondutividade e tem um incrível potencial para revolucionar nosso mundo, tornando nossa eletrônica inimaginavelmente mais eficiente.
A boa notícia é que encontramos o fenômeno em muitos materiais até agora. Na verdade, a supercondutividade já é usada para criar os fortes campos magnéticos em máquinas de ressonância magnética e trens maglev.
A má notícia é que atualmente é necessário um equipamento caro e volumoso para manter os supercondutores suficientemente frios para alcançar esse fenômeno – por isso, é impraticável para uso mais amplo.
Mas em 2018, pesquisadores liderados pela Universidade de Maryland observaram um novo tipo de supercondutividade ao sondar um material exótico em temperaturas super baixas.
Esse tipo de supercondutividade não só apareceu em um material inesperado, como o fenômeno realmente pareceu depender de interações eletrônicas que são profundamente diferentes das combinações que vimos até agora. E isso significa que não temos ideia do tipo de potencial que possa ter.
Para entender a diferença, você precisa saber que a maneira como os elétrons interagem é ditada por uma propriedade quântica chamada spin.
Em supercondutores regulares, os elétrons carregam um spin conhecido como 1/2.
Mas neste material em particular, conhecido como YPtBi, a equipe descobriu que algo mais estava acontecendo – os elétrons parecem ter um giro de 3/2.
“Ninguém realmente pensou que isso fosse possível em materiais sólidos”, explicou o físico e autor Johnpierre Paglione.
“Altos estados de spin em átomos individuais são possíveis, mas uma vez que você coloque os átomos juntos em um sólido, esses estados geralmente se separam e você acaba girando com a metade.”
YPtBi foi descoberto pela primeira vez para ser um supercondutor em alguns anos atrás, e que em si foi uma surpresa, porque o material não se encaixa em um dos principais critérios – sendo um condutor relativamente bom, com muitos elétrons móveis, em temperaturas normais.
Segundo a teoria convencional, o YPtBi precisaria de cerca de mil vezes mais elétrons móveis para se tornar supercondutor em temperaturas abaixo de 0,8 Kelvin.
Mas quando os pesquisadores esfriaram o material, eles viram a supercondutividade acontecendo de qualquer maneira.
Para descobrir o que estava acontecendo, o estudo de 2018 analisou a maneira como o material interagia com os campos magnéticos para ter uma noção exata do que ocorria dentro dele.
Normalmente, quando um material sofre a transição para um supercondutor, ele tentará expulsar qualquer campo magnético adicionado de sua superfície – mas um campo magnético ainda pode entrar próximo, antes de se decompor rapidamente. Até onde eles penetram depende da natureza do par de elétrons que acontece dentro.
A equipe usou bobinas de cobre para detectar mudanças nas propriedades magnéticas do YPtBi enquanto elas mudavam sua temperatura.
O que eles descobriram foi estranho – como o material aquecido a partir do zero absoluto, a quantidade que um campo magnético poderia penetrar no material aumentou linearmente em vez de exponencialmente, o que é normalmente visto nos supercondutores.
Depois de executar uma série de medições e cálculos, os pesquisadores concluíram que a melhor explicação para o que estava acontecendo era que os elétrons deviam estar disfarçados de partículas com maior spin – algo que antes não era considerado como uma possibilidade para um supercondutor.
Embora esse novo tipo de supercondutividade ainda exija temperaturas extremamente baixas por enquanto, a descoberta dá a todo o campo uma nova direção.
A pesquisa foi publicada na Science Advances.
