Os físicos estão avançando na corrida da supercondutividade à temperatura ambiente

Uma equipe de físicos do Nevada Extreme Laboratory (NEXCL) da UNLV usou uma célula de bigorna Massey, um dispositivo de pesquisa semelhante ao da imagem, em sua pesquisa para diminuir a pressão necessária para monitorar um material capaz de supercondutor à temperatura ambiente. Crédito: Imagem cortesia de NEXCL

Há menos de dois anos, o mundo da ciência ficou chocado com a descoberta de um material capaz de se superconduzir à temperatura ambiente. Agora, uma equipe de físicos da Universidade de Nevada Las Vegas (UNLV) mais uma vez aumentou a aposta ao reproduzir esse feito na pressão mais baixa já registrada.

Para ser claro, isso significa que a ciência está mais perto do que nunca de um material utilizável e repetível que poderia um dia revolucionar a forma como a energia é transportada.

Chegou às manchetes internacionais em 2020 ao descobrir Supercondutividade à temperatura ambiente pela primeira vez Escrito pelo físico da UNLV Ashkan Salamat e seu colega Ranja Dias, físico da Universidade de Rochester. Para alcançar esse feito, os cientistas fizeram uma mistura química de carbono, enxofre e hidrogênio primeiro em um estado metálico e depois em um estado supercondutor à temperatura ambiente usando pressão extremamente alta – 267 gigapascals – condições que você encontra apenas na natureza perto do centro de a Terra.

Avançando a uma velocidade de menos de dois anos, os pesquisadores agora são capazes de completar a façanha em apenas 91 gigapascals – cerca de um terço da pressão inicialmente relatada. As novas descobertas foram publicadas como um artigo avançado na revista comunicação química Este mês.

Super descoberta

Ao ajustar detalhadamente a composição de carbono, enxofre e hidrogênio usada na descoberta original, os pesquisadores agora são capazes de produzir um material sob baixa pressão que mantém seu estado de supercondutividade.

“Estas são pressões em um nível difícil de entender e avaliar fora do laboratório, mas nosso curso atual mostra que é possível atingir temperaturas de condução relativamente altas em pressões consistentemente baixas – e esse é nosso objetivo final”, disse o líder do estudo. autor Gregory Alexander Smith. Pesquisadora de pós-graduação da UNLV Laboratório de Condições Extremas em Nevada (Nexel). “No final das contas, se queremos tornar os dispositivos úteis para as necessidades da sociedade, temos que reduzir a pressão necessária para criá-los.”

Embora as pressões ainda sejam muito altas – cerca de mil vezes mais altas do que você encontraria no fundo da Fossa das Marianas no Oceano Pacífico – elas continuam correndo em direção a um alvo próximo de zero. É uma corrida fumegante na UNLV à medida que os pesquisadores obtêm uma melhor compreensão da relação química entre carbono, enxofre e hidrogênio que compõe o material.

“Nosso conhecimento da relação entre carbono e enxofre está avançando rapidamente e estamos encontrando razões que levam a respostas significativamente diferentes e mais eficientes do que as observadas inicialmente”, disse Salamat, que dirige o NEXCL na UNLV e contribuiu para o estudo mais recente. “Observar fenômenos tão diferentes em um sistema semelhante mostra apenas a riqueza da Mãe Natureza. Há tanto para entender, e cada novo avanço nos aproxima da beira dos dispositivos supercondutores cotidianos.”

O Santo Graal da Eficiência Energética

A supercondutividade é um fenômeno fascinante observado pela primeira vez há mais de um século, mas apenas em temperaturas significativamente mais baixas qualquer ideia de aplicação prática foi descartada. Somente na década de 1960 os cientistas levantaram a hipótese de que esse feito poderia ser possível em temperaturas ainda mais altas. A descoberta de 2020 por Salamat e colegas de um supercondutor à temperatura ambiente excitou o mundo da ciência em parte porque a tecnologia suporta fluxo elétrico sem resistência, o que significa que a energia que passa por um circuito elétrico pode ser conduzida infinitamente e sem perda de energia. Isso pode ter grandes implicações para o armazenamento e transmissão de energia, apoiando tudo, desde melhores baterias de celular até uma rede elétrica mais eficiente.

“A crise energética global não mostra sinais de desaceleração, e os custos estão aumentando em parte devido à perda de quase US$ 30 bilhões por ano devido à ineficiência da tecnologia atual”, disse Salamat. “Para a mudança social, precisamos liderar com tecnologia, e o trabalho que está acontecendo hoje está, acredito, na vanguarda das soluções de amanhã.”

De acordo com Salamat, as propriedades dos supercondutores podem apoiar uma nova geração de materiais que podem mudar fundamentalmente a infraestrutura de energia nos Estados Unidos e além.

“Imagine aproveitar a energia em Nevada e enviá-la por todo o país sem nenhuma perda de energia”, disse ele. “Esta tecnologia pode tornar isso possível um dia.”

Referência: “O teor de carbono aumenta a supercondutividade de alta temperatura no hidreto de carbono-enxofre abaixo de 100 GPa” por J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard e Jesse S. Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias e Ashkan Salamat, 7 de julho de 2022, disponível aqui. comunicação química.
DOI: 10.1039/D2CC03170A

Smith, autor principal, é ex-pesquisador da UNLV no laboratório de Salamat e atual estudante de doutorado em química e pesquisa com NEXCL. Outros autores do estudo incluem Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White e Keith Lawler da UNLV; Ranga Dias, Elliot Snyder e Elise Jones da Universidade de Rochester; Ines E. Collings com os Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais, Sylvain Pettigerard com ETH Zurich; e Jesse S. Smith do Laboratório Nacional de Argonne.