Uma equipa de cientistas em Nova Iorque descobriu um novo material capaz de conduzir electricidade praticamente sem resistência à temperatura ambiente. Segundo um artigo publicado na revista Nature, o composto de hidrogénio, carbono e enxofre funciona como supercondutor até aos 15 graus celsius, uma temperatura consideravelmente mais alta que a que foi conseguida no ano passado, quando foi quebrado o recorde de supercondutividade a alta temperatura.
Embora seja realmente um avanço neste campo, a equipa, liderada por Ranga Dias da Universidade de Rochester, diz que este material dificilmente chegará às redes de distribuição de energia, comboios de alta velocidade ou a qualquer outra tecnologia que se possa imaginar. Isto porque, para se obter supercondutividade, é necessário colocar o novo material entre dois diamantes e exercer uma pressão que chega a 75% da que existe no núcleo da Terra.
O desafio que está agora perante os cientistas, é o de descobrir de um material supercondutor que funcione, não só à temperatura ambiente, como também com a uma pressão consideravelmente menor. Algumas características do novo material usado pela equipa da Universidade de Rochester dão indícios que, se se encontrar a mistura certa de átomos, é possível obter um material que pode ser integrado em objectos do dia-a-dia.
O que são supercondutores
A resistência eléctrica ocorre quando electrões livres chocam com os átomos que constituem o metal dos condutores. Em 1911 descobriu-se que a baixas temperaturas, os electrões podem provocar vibrações na estrutura atómica do metal. Essas vibrações, por sua vez, juntam os electrões aos pares, no que ficou chamado Pares de Cooper. Estes pares são governados por regras quânticas diferentes que permitem que os electrões formem um conjunto que é capaz de passar através da estrutura atómica do metal sem qualquer resistência. Este efeito também cria campos magnéticos que, por exemplo, podem ser usados para a construção de veículos que podem levitar em cima de carris supercondutores.
À medida que a temperatura do supercondutor sobe, as partículas começam a movimentar-se aleatoriamente, o que faz com que os electrões percam a organização que tinham antes, criando resistência à sua passagem.
Muitas equipas de cientistas estão há decadas à procura de um material supercondutor que funcione mesmo a temperaturas ambientes. Em 1968, Neil Ashcroft, um físico da Universidade de Cornell, propôs que uma estrutura de átomos de hidrogénio teria essas propriedades. O tamanho diminuto desses átomos permite aos seus electrões ficarem mais perto dos nós da estrutura atómica, aumentando assim a sua interacção com as vibrações. O facto de ser um elemento muito leve, faz também com que vibre mais depressa o que aumenta resistência da “cola” que junta os electrões em Pares de Cooper.
O problema é que são necessárias pressões muitíssimo altas para transformar o hidrogénio num metal. Mesmo assim, o trabalho de Ashcroft indicia a possibilidade de se descobrir um material, composto por uma mistura de hidrogénio com outro elemento, que permita obter a mesma supercondutividade do hidrogénio metálico a pressões mais aceitáveis.
Supercomputadores e recordes
Nos anos 2000 a utilização de supercomputadores para criar modelos matemáticos que permitem aos cientistas antever as propriedades de várias misturas de hidrogénio com outros materiais e a utilização dispositivos de pressão de diamante mais compactos permitiu “espremer” os melhores candidatos para determinar as suas possibilidades de supercondutividade.
E subitamente os recordes começaram a cair. Uma equipa do Max Planck Institute for Chemistry conseguiu em 2015 demonstrar que uma forma metálica de sulfato de hidrogénio é supercondutora a uma temperatura de -70 graus celsius sob uma pressão 1,5 milhões de vezes superior à da atmosfera terrestre. Quatro anos mais tarde, o mesmo laboratório usou um supercondutor composto por uma mistura de hidrogénio e lantânio que mantém as propriedades a -23 graus célsius sob uma pressão 1,8 milhões superior à da atmosfera. A mesma equipa também detectou indícios de supercondutividade no mesmo material a -13 graus.
Guiada por intuição e cálculos aproximados, a equipa da Universidade de Rochester testou um conjunto de compostos de hidrogénio para tentar encontrar a mistura perfeita. A dificuldade está nas proporções: se for adicionado pouco hidrogénio ao composto, a supercondutividade não é tão robusta como a do hidrogénio metálico. Se adicionar demais, a amostra fica muito parecida com o hidrogénio metálico e apenas ganha propriedades de supercondutividade a pressões que vão muito para além das capacidades do dispositivo de pressão.
A receita que obteve um melhor resultado foi um derivado de uma fórmula usada em 2015. O composto foi obtido a partir de uma base de sulfato de hidrogénio, a que os cientistas adicionaram metano e cozinharam a mistura com um laser.
No entanto, a composição exacta do material é desconhecida, porque o como o hidrogénio é pequeno demais para ser detectado pelos dispositivos de análise da estrutura atómica, a equipa não sabe ao certo como é que os átomos estão organizados.
Eva Zurek, uma especialista em química computacional da Universidade de Buffalo, que tem colaborado com a equipa da Universidade de Rochester, previu no início deste ano as condições segundo as quais um material metálico se forma quando está num dispositivo de pressão e se torna supercondutor. Zurek suspeita que as altas pressões transformaram a substância criada pela equipa de Dias numa outra substância desconhecida com uma supercondutividade especialmente robusta.
Assim que a equipa de Rochester souber exactamente o material que foi criado, pode começar-se a criar modelos que exploram as características que dão a esta mistura de hidrogénio, carbono e enxofre a supercondutividade para que a receita possa ser modificada para tentar criar um material que possa ser utilizado no dia-a-dia.
