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Energia

Quinto estado da matéria gera novo tipo de supercondutividade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/11/2020

Descoberto novo tipo de supercondutividade no quinto estado da matéria
No condensado de Bose-Einstein a matéria não é descrita por um monte de partículas, mas por um mar de ondas.
[Imagem: Cortesia Rey/Ye Groups-Steve Burrows-JILA]

Estados da matéria

Os quatro estados da matéria mais conhecidos são sólido, líquido, gasoso e plasma, cada um tipicamente seguindo-se ao anterior em uma escala crescente de temperaturas.

Por exemplo, o plasma é como um gás que esquentou tanto que todos os seus átomos constituintes se desmancharam, deixando para trás uma confusão superaquecida de partículas subatômicas.

Mas existe também um outro estado da matéria no extremo oposto do termômetro: o chamado "condensado de Bose-Einstein" ocorre perto do zero absoluto, criando um estado em que a matéria não é descrita por um monte de partículas, mas por um mar de ondas que entram em ressonância, criando uma espécie de "átomo artificial" gigantesco em comparação com os átomos tradicionais.

"À medida que esfriam até quase o zero absoluto, os átomos de certos materiais se desmancham pelo espaço. Essa 'mancha' aumenta até que os átomos - agora mais como ondas do que como partículas - se sobrepõem, tornando-se indistinguíveis uns dos outros. A matéria resultante se comporta como se fosse uma única entidade com novas propriedades que não estão presentes nos estados sólido, líquido ou gasoso anteriores, como a supercondução," explica o professor Kozo Okazaki, da Universidade de Tóquio.

Descoberto novo tipo de supercondutividade no quinto estado da matéria
Imagens de luz polarizada mostram como os elétrons, representados por cruzes vermelhas, se comportam nas diferentes circunstâncias do condensado de Bose-Einstein e no regime BCS.
[Imagem: Okazaki et al. - 10.1126/sciadv.abb9052]

Novo tipo de supercondutividade

Observe que o professor Okazaki coloca na equação a supercondução, ou supercondutividade, um fenômeno pelo qual um material perde quase totalmente sua resistência à passagem de uma corrente elétrica, tornando-se um condutor elétrico supereficiente - um supercondutor.

Ocorre que, até agora, ninguém havia conseguido demonstrar a supercondutividade em um condensado de Bose-Einstein, havendo mesmo muitas dúvidas se isso seria possível.

O ceticismo se devia a que existe um outro modo de manifestação da matéria - os físicos chamam esses estados de "regimes" -, conhecido como regime Bardeen-Cooper-Shrieffer (ou BCS), no qual os átomos constituintes apenas diminuem seu ritmo de movimentação natural e se alinham ao se aproximar do zero absoluto. E esse alinhamento permite que os elétrons passem mais facilmente pelo material, gerando um estado supercondutor de grande eficiência.

Ora, como no CBE (condensado de Bose-Einstein) não existe esse alinhamento de átomos que ocorre no BCS - eles se "desmancham", por assim dizer - havia quase um consenso de que não seria possível que esse mar de ondas apresentasse supercondutividade.

Um consenso que agora caiu por terra, conforme a equipe do professor Okazaki demonstrou experimentalmente este que é essencialmente um novo tipo de supercondutividade.

Descoberto novo tipo de supercondutividade no quinto estado da matéria
Recentemente, físicos demonstraram pela primeira vez um supercondutor a temperatura ambiente, mas ainda sob altíssima pressão.
[Imagem: Adam Fenster]

"Demonstrar a supercondutividade nos CBEs foi um meio para um fim; estávamos realmente esperando explorar a sobreposição entre os CBEs e os BCSs," explicou Okazaki. "Foi extremamente desafiador, mas nosso aparelho e método de observação únicos o verificaram - há uma transição suave entre esses regimes. E isso sugere uma teoria subjacente mais geral por trás da supercondução. É um momento empolgante para trabalhar neste campo."

Teoria e prática da supercondutividade

A ideia é que se alcance um entendimento mais geral da supercondutividade pela observação da sobreposição desses regimes extremos.

Embora a supercondutividade se manifeste nos chamados "pares de Cooper" - os elétrons viajam emparelhados -, não existe ainda uma teoria que explique satisfatoriamente o fenômeno, o que tem dificultado os trabalhos para criar supercondutores que funcionam a temperatura ambiente.

"Com evidências conclusivas de CBEs supercondutores, acho que isso levará outros pesquisadores a explorar a supercondução em temperaturas cada vez mais altas," disse Okazaki. "Pode soar como ficção científica por enquanto, mas se a supercondutividade puder ocorrer perto da temperatura ambiente, nossa capacidade de produzir energia aumentaria muito e nossas necessidades de energia diminuiriam."

Bibliografia:

Artigo: Bose-Einstein condensation superconductivity cinduced by disappearance of the nematic state
Autores: Takahiro Hashimoto, Yuichi Ota, Akihiro Tsuzuki, Tsubaki Nagashima, Akiko Fukushima, Shigeru Kasahara, Yuji Matsuda, Kohei Matsuura, Yuta Mizukami, Takasada Shibauchi, Shik Shin, Kozo Okazaki
Revista: Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.abb9052





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