Avanço chave na Pesquisa Física Pode ajudar a Possibilitar Energia Elétrica Supereficiente
Um grupo internacional de cientistas liderados por Séamus Davis, professor de física da Universidade de Oxford e da Universidade de Cork, anunciou resultados que revelam o mecanismo atômico por trás dos supercondutores de alta temperatura. As pesquisas foram divulgadas no PNAS.
Supercondutores são produtos que podem conduzir eletricidade com resistência zero para garantir que uma corrente elétrica possa persistir indefinidamente. Estes já são usados em várias aplicações, incluindo scanners de ressonância magnética e trens maglev de alta velocidade; no entanto, a supercondutividade geralmente precisa de temperaturas extremamente baixas, restringindo seu uso generalizado. Um objetivo significativo dentro da física é desenvolver supercondutores que funcionem à temperatura ambiente, o que poderia revolucionar o transporte e armazenamento de energia.
Certos materiais de óxido de cobre demonstram supercondutividade em temperaturas maiores do que os supercondutores convencionais. Entrtanto, o mecanismo por trás disso permaneceu desconhecido desde sua exploração em 1987.
Para investigar isso, um grupo internacional envolvendo cientistas em Oxford, Cork na Irlanda, Estados Unidos, Japão e Alemanha, criou duas novas técnicas de microscopia. O primeiro deles mediu a diferença de potência entre os orbitais atômicos do cobre e do oxigênio em função de sua localização. A segunda técnica mediu a amplitude da função de onda do par de elétrons (a força da supercondutividade) em cada átomo de oxigênio e em cada átomo de cobre.
“Ao visualizar a força da supercondutividade em função das diferenças entre as energias orbitais, pela primeira vez, fomos capazes de medir com precisão a relação necessária para validar ou invalidar um dos principais conceitos de supercondutividade de alta temperatura na escala atômica. “, disse o professor Davis.
Conforme previsto pela teoria, os resultados mostraram uma relação quantitativa inversa entre a diferença de energia de transferência de carga entre átomos adjacentes de oxigênio e cobre e a força da supercondutividade.
Possivelmente o maior avanço na física desde a electricidade
De acordo com o grupo de pesquisa, esta descoberta pode fornecer um passo histórico para o desenvolvimento de supercondutores à temperatura ambiente. Em última análise, eles podem ter aplicações de longo alcance, desde trens maglev, reatores de fusão nuclear, computadores quânticos e aceleradores de partículas de alta energia, sem mencionar a transferência e armazenamento de energia supereficiente.
Em produtos supercondutores, a resistência elétrica é minimizada porque os elétrons que transportam a corrente estão ligados em “conjuntos de Cooper” estáveis. Em supercondutores de baixa temperatura, os conjuntos Cooper são mantidos juntos por vibrações térmicas; no entanto, estes tornam-se demasiado instáveis a temperaturas mais elevadas. Esses novos resultados demonstram que, em supercondutores de alta temperatura, os pares de Cooper são mantidos juntos por interações magnéticas, com os conjuntos de elétrons se unindo por meio de uma comunicação mecânica quântica através do átomo de oxigênio interveniente.
O professor Davis incluiu que “este tem sido um dos Cálices Sagrados dos problemas de estudos em física por quase 40 anos. Muitas pessoas acreditam que supercondutores baratos e de temperatura ambiente prontamente disponíveis seriam tão revolucionários para a civilização humana quanto a própria introdução da eletricidade”.
Mais Informações:
Shane M. O’Mahony et al, Sobre o mecanismo de emparelhamento de elétrons da supercondutividade de alta temperatura de óxido de cobre, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2207449119
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