A versão original de esta história apareceu em Revista Quantae.
Em 2024, a supercondutividade – o fluxo de corrente elétrica com resistência zero – foi descoberta em três materiais distintos. Dois exemplos ampliam a compreensão do fenômeno nos livros didáticos. O terceiro destrói completamente. “É uma forma extremamente incomum de supercondutividade que muitas pessoas diriam que não é possível”, disse Ashvin Vishwanathum físico da Universidade de Harvard que não esteve envolvido nas descobertas.
Desde 1911, quando o cientista holandês Heike Kamerlingh Onnes viu pela primeira vez o desaparecimento da resistência elétrica, a supercondutividade cativou os físicos. Existe o puro mistério de como isso acontece: o fenômeno requer que os elétrons, que transportam corrente elétrica, se emparelhem. Os elétrons se repelem, então como podem ser unidos?
Depois, há a promessa tecnológica: a supercondutividade já permitiu o desenvolvimento de máquinas de ressonância magnética e de poderosos aceleradores de partículas. Se os físicos pudessem compreender completamente como e quando o fenómeno surge, talvez pudessem conceber um fio que superconduza electricidade em condições quotidianas, em vez de exclusivamente a baixas temperaturas, como é o caso actualmente. Tecnologias que alterarão o mundo – redes de energia sem perdas, veículos que levitam magneticamente – poderão vir em seguida.
A recente onda de descobertas agravou o mistério da supercondutividade e aumentou o otimismo. “Parece que, nos materiais, a supercondutividade está em toda parte”, disse Matthew Yankowitzfísico da Universidade de Washington.
As descobertas resultam de uma revolução recente na ciência dos materiais: todos os três novos casos de supercondutividade surgem em dispositivos montados a partir de folhas planas de átomos. Esses materiais apresentam flexibilidade sem precedentes; com o toque de um botão, os físicos podem alterná-los entre comportamentos condutores, isolantes e mais exóticos – uma forma moderna de alquimia que impulsionou a busca pela supercondutividade.
Parece agora cada vez mais provável que diversas causas possam dar origem ao fenómeno. Assim como pássaros, abelhas e libélulas voam usando estruturas de asas diferentes, os materiais parecem emparelhar elétrons de maneiras diferentes. Mesmo enquanto os investigadores debatem exactamente o que está a acontecer nos vários materiais bidimensionais em questão, eles antecipam que o crescente zoológico de supercondutores os ajudará a alcançar uma visão mais universal do fenómeno fascinante.
Emparelhamento de elétrons
O caso das observações de Kamerlingh Onnes (e da supercondutividade observada em outros metais extremamente frios) foi finalmente resolvido em 1957. John Bardeen, Leon Cooper e John Robert Schrieffer descobri que em baixas temperaturas, a treliça atômica instável de um material se acalma, de modo que efeitos mais delicados surgem. Os elétrons puxam suavemente os prótons da rede, atraindo-os para dentro para criar um excesso de carga positiva. Essa deformação, conhecida como fônon, pode então atrair um segundo elétron, formando um “par de Cooper”. Os pares de Cooper podem todos se unir em uma entidade quântica coerente de uma forma que eleições isoladas não conseguem. A sopa quântica resultante desliza sem atrito entre os átomos do material, o que normalmente impede o fluxo elétrico.
A teoria da supercondutividade baseada em fônons de Bardeen, Cooper e Schrieffer lhes rendeu o Prêmio Nobel de Física em 1972. Mas acabou não sendo toda a história. Na década de 1980, os físicos descobriram que cristais cheios de cobre, chamados cupratos, poderiam superconduzir em temperaturas mais altas, onde movimentos atômicos eliminavam os fônons. Outros exemplos semelhantes se seguiram.
