Refrigeração criogênica é feita com metais comuns, sem terras raras

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/02/2026

Os criorrefrigeradores mecânicos nasceram usando chumbo, mas desde os anos 1990 se baseiam no composto HoCu₂. O novo material (CuFe_0.98Al_0.02O₂) iguala a eficiência desse composto de terras raras a uma fração do custo.
[Imagem: Noriki Terada/NIMS]

Refrigeração criogênica

Atingir temperaturas próximas do zero absoluto é crucial para pesquisas e novas tecnologias: Os supercondutores e os computadores quânticos só funcionam nessas temperaturas extremas, bem como todos os experimentos envolvendo a física quântica.

Hoje há dois caminhos principais para isso. O hélio líquido precisa ser extraído, geralmente junto com o gás natural, purificado ao extremo e então submetido a vários estágios de resfriamento até alcançar temperaturas criogênicas, de aproximadamente 4 K (-269 °C).

O outro caminho envolve refrigeradores mecânicos, também conhecidos como refrigeradores Gifford-McMahon, que também conseguem atingir temperaturas criogênicas. Eles resfriam o mesmo gás hélio, mas usando uma liga metálica baseada em elementos de terras raras, que funciona como um "acumulador" para o calor extraído do gás.

Embora esses equipamentos sejam a base da criogenia moderna, essa técnica depende do elemento químico hólmio. Com uma produção anual global de apenas 100 toneladas e reservas distribuídas de forma desigual, esse metal é caro e sofre com a instabilidade de suprimento. Além disso, a crescente escassez de hélio líquido cria um gargalo para a expansão de tecnologias que exigem temperaturas próximas ao zero absoluto, gerando uma demanda urgente por alternativas sustentáveis.

A solução acaba de vir pelas mãos de Noriki Terada e colegas do Instituto Nacional de Ciência dos Materiais, no Japão.

• Refrigeração

O novo regenerador de metais comuns terá uso em várias tecnologias de ponta, além das pesquisas de física quântica.
[Imagem: Noriki Terada et al. - 10.1038/s41598-025-29709-5]

Frustração que virou conquista

Terada desenvolveu um novo material regenerador composto exclusivamente por elementos abundantes, especificamente cobre, ferro e alumínio, dispensando o hólmio ou qualquer outro elemento do grupo das terras raras.

O avanço foi possível graças à manipulação de uma propriedade física chamada frustração magnética.

Em certos materiais com estrutura de rede triangular, os spins (momentos magnéticos) dos elétrons não conseguem se alinhar simultaneamente de forma estável. Essa configuração impede o ordenamento magnético até que se atinjam temperaturas baixíssimas.

A equipe demonstrou que essa frustração permite que o material de metais de transição mantenha um alto calor específico em regime criogênico, alcançando um desempenho comparável aos compostos de terras raras. É a primeira vez que um material regenerador livre de elementos raros demonstra eficácia em nível prático para resfriadores mecânicos do tipo Gifford-McMahon.

Por utilizar metais abundantes e de custo relativamente mais baixo, o novo material torna-se um candidato promissor para uso em aparelhos de ressonância magnética, em computadores quânticos, nos supercondutores e demais tecnologias que exijam ultra-resfriamento.

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