A supercondutividade do grafeno finalmente foi desbloqueada e é mais complexa do que esperávamos

de Julia Moretto 0

É oficial: o grafeno foi transformado em um supercondutor em seu estado natural. Isso significa que a corrente elétrica pode fluir através dele com resistência zero.

 

No ano passado, os físicos conseguiram essa realização com átomos de cálcio, mas esta é a primeira vez que os pesquisadores puderam obter supercondutividade no material sem ter que alterá-lo. Até agora, os resultados mostram que o material atinge um tipo incrivelmente raro de supercondutividade – ainda mais louco e mais poderoso do que os cientistas esperavam.

 

A nova pesquisa é importante, mesmo para um material tão impressionante como o grafeno, já que a supercondutividade é a chave para uma eletrônica mais eficiente, melhores redes elétricas e novas tecnologias médicas. Foi postulado que, sob as condições corretas, o grafeno deveria passar por uma transição supercondutora, mas isso não acontecia”, disse um dos pesquisadores, Jason Robinson, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

 

Agora, ele diz que sua equipe conseguiu despertar essa habilidade. E parece que o grafeno não é apenas um supercondutor normal, ele poderia conduzir correntes sem resistência como resultado de um tipo não confirmado e indescritível de supercondutividade chamado “estado de onda p”. Pesquisas adicionais são necessárias para confirmar esse resultado, mas é uma possibilidade bastante intrigante.

 

O grafeno é uma folha bidimensional de átomos de carbono que é superflexível, mais resistente do que o diamante e mais forte que o aço. Mas desde a sua descoberta em 2004, os investigadores suspeitaram que o grafeno também pode ter a capacidade de ser um supercondutor – o que significa que ele poderia transferir elétrons sem resistência.

 

Mesmo materiais que são bons condutores ainda são ineficientes em comparação com os supercondutores – por exemplo, as companhias de energia perdem cerca de 7% da sua energia na forma de calor. Supercondutores são utilizados para criar os fortes campos magnéticos necessários em aparelhos de ressonância magnética ou em os trens Maglev, por exemplo. Mas agora, estes materiais só exibem essas propriedades a temperaturas de cerca de -269ºC, o que é extremamente caro e sem praticidade.

 

Se pudéssemos encontrar uma maneira de alcançar a supercondutividade de forma sustentável e temperaturas viáveis, isso possibilitaria que supercomputadores funcionassem sem resistência e uma tecnologia médica mais eficiente – e o grafeno é muitas vezes considerado um excelente candidato para isso.

 

Pesquisadores conseguiram despertar a supercondutividade do grafeno através da inserção de átomos de cálcio em sua estrutura. Outras equipes conseguiram um resultado semelhante ao colocá-lo junto de um material supercondutor. Mas no novo estudo, pesquisadores da Universidade de Cambridge foram capazes de ativar o potencial do grafeno sem que ele fosse influenciado por outro material.

 

Colocar o 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, a equipe alcançou a supercondutividade acoplando-o a um material chamado óxido de cobre de praseodímio e cério (PCCO). Isso pode soar semelhante ao que aconteceu em experimentos anteriores – afinal, eles ainda estão colocando grafeno em cima de outro material – mas a diferença aqui é que PCCO é um tipo de material supercondutor que tem propriedades eletrônicas bem compreendidas.

 

Assim, a equipe foi capaz de distinguir claramente a supercondutividade do PCCO da supercondutividade do grafeno. O resultado foi mais louco do que esperavam. A supercondutividade ocorre quando os elétrons se emparelham e viajam mais eficientemente através de um material.

 

O alinhamento de rotação, ou simetria, destes pares de elétrons varia dependendo do tipo de supercondutividade envolvida. Por exemplo, no PCCO, os elétrons se emparelham com um estado de rotação que é antiparalelo.

 

Mas o que a equipe viu acontecendo no grafeno foi muito diferente: eles encontraram evidências de um tipo raro e ainda não verificado de supercondutividade. “O que vimos no grafeno foi, em outras palavras, um tipo muito diferente da supercondutividade do que em PCCO“, disse Robinson.

 

Este foi um passo realmente importante porque significava que sabíamos que a supercondutividade não estava vindo de fora e que, portanto, o PCCO só precisava liberar a supercondutividade intrínseca do grafeno“.

 

Ainda não está claro exatamente que tipo de supercondutividade a equipe desencadeou no grafeno – mas se for confirmado que realmente é a forma de “onda p”, poderia provar de uma vez por todas que esse tipo de supercondutividade existe e permitir que os pesquisadores a estudem corretamente pela primeira vez.

 

Supercondutividade de “onda p” foi proposta pela primeira vez em 1994, quando pesquisadores japoneses descobriram evidências em um material de cristal chamado estrôncio rutenato. Mas o cristal é muito volumoso para estudá-lo o suficiente e alcançar o tipo de prova necessário para confirmar que o estado existe.

 

Se a supercondutividade de onda p está realmente sendo criada no grafeno, ele poderia ser usado como um andaime para a criação e exploração de todo um novo espectro de dispositivos supercondutores para áreas de pesquisa aplicada”, disse Robinson. Essas experiências levariam necessariamente à nova ciência através de uma melhor compreensão da supercondutividade da onda p, e como ela se comporta em diferentes dispositivos e configurações”.

 

Não só isso, mas a equipe sugere que o grafeno poderia ser a chave para desvendar a supercondutividade acima de -269º C, além de poder ser usado dentro de supercomputadores e outras tecnologias para torná-los mais eficientes.

 

A pesquisa foi publicada na Nature Communications.

[ Science Alert ] [ Fotos: Reprodução / Science Alert ]

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