A descoberta de compostos ricos em hidrogênio como o sulfeto de hidrogênio (H₃S) mudou o jogo ao permitir a supercondutividade em temperaturas muito mais acessíveis, em torno de -70°C, abrindo assim novas perspectivas para uma utilização prática.
Para atingir a supercondutividade, é necessário um frio extremo.
Crédito: University of Rochester / J. Adam Fenster
O estudo destes materiais apresenta, no entanto, dificuldades maiores, nomeadamente porque só podem ser criados sob pressões colossais, ultrapassando um milhão de vezes a pressão atmosférica normal. Estas condições extremas tornam impossível a utilização das técnicas de medição tradicionais, o que durante muito tempo impediu os investigadores de explorar em profundidade os mecanismos quânticos em ação nestes supercondutores de nova geração.
Para contornar este obstáculo, uma equipa do Instituto Max Planck de Mainz desenvolveu um método espectroscópico inovador capaz de funcionar sob estas pressões excecionais. Esta técnica de espectroscopia por efeito túnel permitiu pela primeira vez sondar diretamente o estado supercondutor no H₃S, revelando a presença de uma barreira energética característica de cerca de 60 milieletronvolts.
Os investigadores também estudaram a versão deuterada deste composto, o D₃S, onde o hidrogênio é substituído pelo seu isótopo mais pesado. A medição de uma barreira energética menor, de cerca de 44 milieletronvolts, confirma que as vibrações da rede atômica desempenham um papel central no mecanismo de supercondutividade. Esta validação experimental apoia previsões teóricas estabelecidas há muito tempo sobre o comportamento dos elétrons nestes materiais.
O Dr. Feng Du, primeiro autor do estudo publicado na Nature, salienta que este avanço técnico abre caminho para uma compreensão aprofundada dos fatores que permitem a supercondutividade em alta temperatura. Mikhail Eremets, pioneiro neste campo recentemente falecido, considerava estes trabalhos como os mais importantes desde a descoberta inicial da supercondutividade no H₃S em 2015. O seu colega Vasily Minkov acrescenta que este avanço aproxima a conceção de supercondutores que funcionam à temperatura ambiente.
A história da supercondutividade remonta a 1911 com a descoberta deste fenômeno no mercúrio por Heike Kamerlingh Onnes. Durante décadas, acreditou-se que esta propriedade extraordinária só poderia existir em temperaturas extremamente baixas. A descoberta dos cupratos nos anos 80 constituiu uma primeira revolução, seguida mais recentemente pelo surgimento dos hidretos metálicos ricos em hidrogênio que empurram constantemente os limites de temperatura para valores mais práticos para aplicações futuras.
O fenômeno da supercondutividade
A supercondutividade representa uma das propriedades mais notáveis que alguns materiais podem manifestar quando são arrefecidos abaixo de uma temperatura específica. A esta temperatura crítica, a resistência elétrica desaparece completamente, permitindo que a corrente circule indefinidamente sem qualquer perda de energia. Esta característica única abre ruturas tecnológicas para o transporte e armazenamento de eletricidade, com aplicações potenciais que vão desde redes elétricas ultra-eficientes até sistemas de propulsão avançados.
O mecanismo fundamental por trás deste fenômeno envolve a formação de pares de elétrons, chamados pares de Cooper, que se comportam como uma entidade única. Ao contrário dos elétrons individuais nos metais normais que sofrem colisões com os átomos do material, estes pares coordenados movem-se sem encontrar obstáculos. Esta coordenação perfeita é tornada possível por interações subtis com as vibrações da rede cristalina, criando um estado quântico coletivo particularmente estável.
A temperatura à qual um material se torna supercondutor varia consideravelmente de acordo com a sua composição e estrutura. Os primeiros supercondutores descobertos necessitavam de arrefecimento próximo do zero absoluto, limitando fortemente as suas aplicações práticas. Os progressos recentes permitiram identificar materiais que apresentam esta propriedade em temperaturas muito mais elevadas, alguns aproximando-se mesmo das condições ambientes, o que representa um avanço maior para uma utilização mais ampla.
A importância da supercondutividade ultrapassa largamente o domínio da eletricidade, tocando em tecnologias de ponta como a imagem médica por ressonância magnética, os comboios de levitação magnética e os computadores quânticos. Cada nova descoberta neste domínio aproxima-nos um pouco mais de um futuro onde a energia poderia ser transportada e utilizada com uma eficiência hoje inimaginável.