Supercondutividade: o que isso pode mudar na nossa vida?

A busca por materiais supercondutivos levou cientistas a trabalharem por décadas para compreender as características do cuprato, uma família de cristais compostos por estrôncio, cobre e oxigênio.

Uma equipe da Universidade de Oxford acabou de publicar os resultados de um experimento que confirmou uma teoria sobre a supercondutividade do material em altas temperaturas: trata-se de um fenômeno quântico chamado supertroca.

Mas antes de explicá-lo, é importante responder à pergunta que você deve ter em mente agora: e daí, o que isso pode mudar na vida das pessoas? Há potencial para mudanças impactantes e disruptivas?

Aparelhos eletrônicos têm presença importante nas nossas vidas e o futuro está apontando para a eletrificação de veículos leves e até pesados. Ou seja, eletricidade será cada vez mais indissociável do nosso dia a dia.

Assim, está posto o desafio de ampliar a eficiência energética dos mais distintos aparelhos e a indústria de materiais dedicada a esse nicho de mercado está buscando novas tecnologias e soluções.

Os cristais da família cuprato reagem à condução de corrente elétrica de maneira oposta aos materiais que utilizamos atualmente, como os metais e elementos como silício. Quando sujeitos à eletricidade, esses materiais aquecem e perdem energia dissipada em calor, além disso, a resistência elétrica aumenta com a elevação da temperatura, o que compromete ainda mais a eficiência.

Você já deve ter percebido que aparelhos eletrônicos funcionam mal quando esquentam, certo?

Pois bem, imagine inverter a lógica. Conseguir empregar nas áreas de nano e microeletrônica, eletrônica e transmissão de energia um material que fique mais condutivo — ou até supercondutivo — quando fica mais quente.

Para se ter uma ideia, no caso de linhas de transmissão, que levam eletricidade das usinas para os centros de consumo, estima-se que algo entre 3,5% a 7% da energia se perca pelo caminho. Em países de clima mais quente, a elevação da temperatura ambiente em volta dos cabos de alta tensão prejudica a eficiência.

Desse modo, potencialmente, compreender e dominar as características do cuprato pode levar ao desenvolvimento de ligas metálicas com inserção desses cristais, o que poderia levar perdas de transmissão de energia para níveis próximos de zero.

No caso dos carros do futuro, é importante lembrar que motores elétricos são, em essência, enrolamentos de cabos elétricos, o que os torna sujeitos aos mesmos problemas de eficiência. No caso de datacenters, uma evolução nesse sentido poderia dirimir um drama dos grandes centros de computação: o hiper-aquecimento das máquinas.

E, agora, você está torcendo pelo dia em que o seu computador e smartphone vão começar a funcionar melhor depois dos primeiros minutos de uso?

Finalmente, o que é a supertroca?

Um experimento em escala atômica identificou a origem da supercondutividade encontrada em cristais de cuprato, confirmando uma teoria de 35 anos. O material deixava os físicos perplexos com sua capacidade de transportar uma corrente elétrica sem qualquer resistencia em temperaturas muito mais altas do que outros materiais.

Um experimento conduzido durante 25 anos pela equipe do professor J. C. Séamus Davis, na Universidade de Oxford, possibilitou a visualização direta da supercondutividade na escala atômica, revelando a causa do fenômeno. A nova medição corresponde a uma previsão baseada na teoria que atribui a supercondutividade do cuprato a um fenômeno quântico chamado supertroca.

A teoria foi proposta pelo físico americano Philip Anderson, vencedor do Prêmio Nobel e uma referência em física da matéria condensada. Ele propôs a supertroca como um fenômeno quântico que surge da capacidade dos elétrons de pularem entre os mesmos átomos, o que não ocorre na maior parte dos materiais.

Lembrando, corrente elétrica é um fluxo de elétrons por um material em que essas pequenas partículas podem transitar de um átomo para outro. No caso dos materiais em que a supertroca ocorre, há um padrão regular para que isso aconteça, como se os elétrons pudessem cutucar uns aos outros em um fluxo sem atrito e mais eficiente.