O poder supercondutor do grafeno finalmente foi desbloqueado – e a coisa é mais inesperada do que pensávamos

Okay… wow! Texto traduzido do original no ScienceAlert   Agora é oficial: o grafeno foi transformado em supercondutor em seu estado natural – o que significa que a corrente elétrica pode passar por ele com...

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Okay… wow!

Texto traduzido do original no ScienceAlert

 

Agora é oficial: o grafeno foi transformado em supercondutor em seu estado natural – o que significa que a corrente elétrica pode passar por ele com zero de resistência.

Ano passado, físicos resolveram fazer isso através da dopagem do grafeno com átomos de cálcio, mas esta é a primeira vez que pesquisadores conseguiram alcançar a supercondutividade nesse material sem ter que alterá-lo. E o resultado até agora mostra que o material alcança um inacreditável e raro tipo de supercondutividade que é ainda mais interessante e mais poderosa que os cientistas esperavam.

A nova pesquisa é um grande negócio, mesmo para um material tão inatamente impressionante como grafeno, visto que a supercondutividade é a chave para uma eletrônica mais eficiente, para melhores redes de energia e novas tecnologias médicas.

“Tem sido postulado por um longo tempo que, sob condições adequadas, o grafeno deveria passar por uma transição de supercondutividade, mas isso não acontece”, disse um dos pesquisadores, Jason Robinson da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

Agora ele disse que sua equipe de pesquisadores conseguiu acordar essa habilidade supercondutora do grafeno. E parece que o material não é apenas um supercondutor normal – ele pode conduzir corrente elétrica sem resistência como resultado de um tipo não confirmado e evasivo de supercondutividade chamado estado de onda p. Pesquisas adicionais ainda são necessárias para confirmar este resultado, mas este já é um resultado bastante intrigante.

Como já demonstrado em um paper anterior que superou as expectativas, o grafeno é uma folha bidimensional de átomos de carbono que é super flexível, mais duro que o diamante (na ciência dos materiais, dureza é a propriedade característica de um material sólido que pode ser avaliada como a resistência que um mineral tem de se opor ao esforço exercido sobre a sua superfície com o fim de riscá-la) e mais resistente que o aço.

Mesmo materiais que são bons condutores ainda são ineficientes se comparados com os supercondutores – por exemplo, as empresas do setor elétrico perdem cerca de 7% da energia na forma de calor, como resultado da resistência elétrica nas redes de energia.

Materiais supercondutores já são utilizados em aparelhos de ressonância magnética para criar os seus fortes campos magnéticos e também nos trens Maglev (os trens de levitação magnética), mas atualmente esses materiais só se tornam supercondutores a temperaturas em torno de -269 ºC (-452,2 graus Fahrenheit), o que é incrivelmente dispendioso e não muito prático.

Se nós pudermos encontrar um jeito de alcançar a supercondutividade de forma sustentável e em temperaturas viáveis, isso possibilitaria que a supercondutividade ocorresse mais eficientemente em tecnologias médicas – e o grafeno frequentemente é pensado com o primeiro candidato para se conseguir isso, dadas todas as suas estranhas e maravilhosas propriedades.

A supracondutividade adormecida do grafeno desperta.
A supracondutividade adormecida do grafeno foi desperta? Mais em: Phys.org

Os pesquisadores foram bem sucedidos em fazer do grafeno um supercondutor no ano passado, pela inserção de átomos de cálcio em sua estrutura. E outras equipes de pesquisadores têm atingido um resultado similar ao adicioná-lo junto a outros materiais supercondutores. Mas, neste estudo de agora,  os pesquisadores da Universidade Cambridge foram capazes de ativar o potencial dormente do grafeno sem que ele fosse influenciado por outro material. “Adicionar grafeno em um metal pode alterar drasticamente as propriedades, por isso, tecnicamente, ele não estaria se comportando da maneira esperada”, disse um membro da equipe, Angelo di Bernardo. “O que você vê não é a supercondutividade do grafeno, mas simplesmente a do supercondutor subjacente que está sendo transmitida”.

Em vez disso, os pesquisadores alcançaram a supercondutividade acoplando o grafeno a um composto chamado de óxido de cobre de praseodímio e cério (PCCO). Isso pode soar similar ao que aconteceu em experimentos anteriores – afinal de contas os pesquisadores continuam colocando o grafeno sobre outro material –, mas a diferença agora é que o PCCO é um tipo de material supercondutor chamado cuparato, o qual tem propriedades eletrônicas bem entendidas. Então, os pesquisadores foram capazes de distinguir claramente a supercondutividade do PCCO da supercondutividade no grafeno. E o que eles viram foi bem inesperado.

A supercondutividade ocorre quando elétrons se emparelham e trafegam mais eficientemente através do material. O alinhamento de rotação, ou simetria, dessas cargas elétricas em pares dependem do tipo de supercondutividade envolvida. Por exemplo, no PCCO, os elétrons se emparelham com um giro que é anti-paralelo, o que é chamado de estado de onda d.

Mas o que os pesquisadores viram acontecendo no grafeno foi algo muito diferente – eles encontraram evidências de um raro e ainda não verificado tipo de supercondutividade chamada de estado de onda p ocorrendo.

“O que vimos no acontecendo no grafeno foi, em outras palavras, um tipo muito diferente de supercondutividade do que a do PCCO”, disse Robinson. “Esse foi um passo realmente importante, porque significava que sabíamos  que a supercondutividade não estava vindo de fora dele [do grafeno], e que o PCCO, por essa razão, foi preciso apenas para liberar a supercondutividade intrínseca do grafeno”.

Não está claro ainda qual foi exatamente o tipo de supercondutividade que a equipe de pesquisadores liberou no grafeno – mas está confirmado que realmente é a elusiva forma estado de onda p, que poderia provar de uma vez por todas que este tipo de supercondutividade existe e permitiria aos pesquisadores estudar suas propriedades pela primeira vez.

A supercondutividade de onda P foi proposta pela primeira vez em 1994, quando pesquisadores japoneses encontraram evidências de sua ocorrência em um cristal de um material chamado estrôncio rutenato. Mas o cristal é muito volumoso para estudá-lo suficientemente e alcançar o tipo de prova científica necessária para confirmar que o estado de onda p existe. Se ele estiver acontecendo no grafeno, seria muito mais fácil de investigar.

Se a supercondutividade de onda p está de fato sendo criado no grafeno, o grafeno pode ser usado como um suporte para a criação e exploração de todo um novo espectro de equipamentos de supercondutividade para pesquisas em áreas fundamentais e aplicadas”, afirmou Robinson. “Tais experimentos necessariamente levariam a uma nova ciência através de um melhor entendimento da supercondutividade de onda p e com ela se comporta em diferente equipamentos e configurações”.

Não somente isso, mas a equipe sugere que o grafeno poderia ser a chave para desbloquear a supercondutividade acima de -269 ºC (-452,2 ºF), e poder ser usado no interior de supercomputadores e outras tecnologias para torná-las mais eficientes.

Outras equipes de pesquisadores sem dúvida, estarão correndo para verificar esse resultado em seus próprios laboratórios e começarão a experimentar com este novo e despertado estado do grafeno, então, espere para ver.

Os resultados da pesquisa foram publicados na Nature Communications.

Referências:

  1. Site da NatureCommunications: pwave triggered superconductivity in single-layer graphene on an electron-doped oxide superconductor” <http://www.nature.com/articles/ncomms14024#results>
  2. Site Phys.org “Graphene’s sleeping superconductivity awakens” <https://phys.org/news/2017-01-graphene-superconductivity-awakens.html>

 

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