Físicos induzem a supercondutividade em materiais não supercondutores

Pesquisadores da Universidade de Houston relataram um novo método para induzir a supercondutividade em materiais não-supercondutores, demonstrando um conceito proposto há décadas, mas nunca comprovado.

“A técnica também pode ser usada para aumentar a eficiência de materiais já conhecidos como supercondutores, sugerindo uma nova maneira de promover a viabilidade comercial dos supercondutores”, explicou o professor Dr. Paul Ching-Wu Chu, cientista-chefe do Texas Center for Superconductivity na Universidade de Houston (TcSUH) e coautor do artigo que descreve a pesquisa, publicada em 31 de outubro no periódico científico Proceedings of the National Academy of Sciences.

“A supercondutividade é usada em muitas coisas, uma das quais a ressonância magnética (MRI, na sigla inglesa) é talvez a mais conhecida”, disse Chu, o físico que detém o cargo de professor no renomado T.L.L. Temple Chair of Science na Universidade de Houston. “Mas a tecnologia usada em saúde, serviços públicos e outros campos continua cara, em parte porque requer arrefecimento caro, o que tem limitado a adoção generalizada desses equipamentos”, disse ele.

A pesquisa, demonstrando o novo método para aproveitar as interfaces montadas para induzir a supercondutividade no composto não-supercondutor arsenieto de ferro e cálcio (CaFe₂As₂), oferece uma nova abordagem para encontrar supercondutores que trabalham em temperaturas mais altas — a maioria dos supercondutores só funciona a temperaturas próximas a zero absoluto.

Materiais supercondutores conduzem corrente elétrica sem resistência, enquanto materiais de transmissão tradicionais perdem algo em torno de dez por cento da energia entre a fonte geradora e o usuário final. Isso significa que os supercondutores podem permitir que as empresas de serviços públicos forneçam mais eletricidade sem aumentar a quantidade de combustível usada para gerar eletricidade.

“Uma maneira proposta há muito tempo para alcançar um T_cs elevada (temperatura crítica de supercondutividade, ou a temperatura em que um material se torna supercondutor) é tirar proveito de interfaces artificialmente ou naturalmente montadas”, escreveram os pesquisadores. “O presente trabalho demonstra claramente que alta T_c de supercondutividade no composto não-supercondutor conhecido CaFe₂As₂ (arsenieto de ferro e cálcio) pode ser induzida por empilhamento de camada metálica / antiferromagnética e fornece a evidência mais direta até essa data para a T_c de interface realçada neste composto.”

Os co-autores de Chu no paper incluem o autor principal Kui Zhao, um recente diplomado da Universidade de Houston agora na Advanced MicroFabrication Equipment Inc. em Shanghai; Liangzi Deng, Shu-Yuan Huyan e Yu-Yi Xue, ambos afiliados ao Departamento de Física da Universidade de Houston e TcSUH, e Bing Lv, físicos que se mudaram recentemente para a Universidade do Texas-Dallas.

O conceito de que a supercondutividade poderia ser induzida ou aprimorada no ponto em que dois materiais diferentes se juntam — a interface — foi proposto pela primeira vez na década de 1970, mas nunca tinha sido demonstrada conclusivamente, disse Chu. Alguns experimentos anteriores mostrando a temperatura crítica de supercondução aumentada não podiam excluir outros efeitos devido ao estresse ou ao doping químico, o que impediu a verificação, disse ele.

Para validar o conceito, pesquisadores trabalhando em pressão ambiente expuseram o composto de arsenieto de ferro e cálcio não dopado ao calor — 350 graus centígrados, temperatura considerada relativamente baixa para este procedimento — em um processo conhecido como recozimento. O composto formou duas fases distintas, com uma fase cada vez mais convertida para a outra, quanto mais longa a amostra foi recozida. Chu disse que nenhuma das duas fases era supercondutora, mas os pesquisadores foram capazes de detectar a supercondutividade no momento em que as duas fases coexistiram.

Embora a temperatura crítica supercondutora da amostra produzida pelo processo ainda fosse relativamente baixa, Chu disse que o método usado para comprovar o conceito oferece uma nova direção na busca de materiais supercondutores mais eficientes e menos dispendiosos.

Imagem meramente ilustrativa.

Paper da pesquisa:

“Interface-induced superconductivity at ∼25 K at ambient pressure in undoped CaFe₂As₂ single crystals”, PNAS http://www.pnas.org/content/early/2016/10/25/1616264113

Periódico de referência: Proceedings of the National Academy of Sciences

 Fonte: University of Houston