Rumo à supercondutividade: Elétrons espalham-se como raízes de plantas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/12/2021

Este comportamento dos elétrons nunca havia sido visto, e ele tem fortes implicações para a supercondutividade.
[Imagem: Alvar Daza et al. - 10.1073/pnas.2110285118]

Conduzindo elétrons

Físicos descobriram um novo fenômeno envolvendo os elétrons que pode ser a chave para viabilizar a fabricação de fios supercondutores que funcionem a temperatura ambiente.

Os supercondutores transportam a eletricidade sem qualquer perda, o que poderia revolucionar não apenas o setor de energia, mas virtualmente todos os aparelhos eletroeletrônicos, sem contar os carros elétricos, que poderiam rodar semanas sem precisar recarregar as baterias, e os trens, que poderiam passar a levitar sobre os trilhos.

O problema é que os supercondutores funcionam bem somente em temperaturas criogênicas, e a energia necessária para resfriá-los leva embora todos os ganhos.

Os físicos vêm creditando o fenômeno da supercondutividade a um emparelhamento dos elétrons, quando dois deles passam a se mover como se fossem um só - essa dupla é conhecida como "pares de Cooper".

Fluxo ramificado de elétrons

Agora, Alvar Daza e seus colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, descobriram que os elétrons podem transitar por um material, não como bolas de bilhar, às trombadas com tudo que encontram pela frente, mas encontrando caminhos que parecem com aqueles encontrados na biologia, como as raízes das plantas, os microcanais das folhas ou as próprias árvores.

Esse tipo de caminho é conhecido como fluxo ramificado. O fluxo ramificado acontece quando qualquer tipo de onda - som, luz ou mesmo uma onda no mar - se move por superfícies irregulares, o que as leva a encontrar caminhos que se assemelham aos galhos das árvores, em estruturas fractais. Até agora, o fluxo ramificado nunca havia sido observado em estruturas sólidas rígidas.

A equipe documentou o fenômeno quando estudava um material bidimensional (2D) que forma as chamadas superredes, padrões organizados e muito densos formados por diferentes elementos - um diamante de ouro, por exemplo, em contraposição à rede atômica de um cristal, formada por um único elemento.

"Os ramos mais fortes permanecem estáveis indefinidamente e podem criar canais dinâmicos lineares, em que as ondas não são confinadas diretamente por paredes de potencial, como elétrons em fios comuns, mas sim indiretamente e mais sutilmente pela estabilidade dinâmica. Nós os chamamos de superfios, uma vez que estão associados a uma superrede," escreveu a equipe.

O desafio agora é fabricar os materiais onde o fluxo ramificado possa ocorrer sem interferências.
[Imagem: Alvar Daza et al. - 10.1073/pnas.2110285118]

Superfios na prática

Infelizmente, ainda não estamos prontos para encomendar os primeiros superfios para as fábricas.

Acontece que os sistemas periódicos, como estes estudados pela equipe, são treliças que parecem tijolos em zigue-zague em uma parede. No material 2D, essas estruturas chegam perto da perfeição, e essa perfeição dá aos elétrons uma maneira de encontrar um caminho livre de resistência necessário para formar seus ramos e atingir a supercondução.

Fabricar materiais próximos da perfeição em escala industrial é outra história. Além disso, superfios práticos precisarão ser 3D, e ainda será necessário estudar a eventual fuga dos elétrons entre as camadas.

Por isso a equipe pretende continuar o trabalho passo a passo, e o próximo deles será tentar criar um canal curvo no material para eventualmente capturar e direcionar os movimentos dos elétrons.

"Nós talvez possamos fazer um supercondutor artificial com isto," disse o professor Eric Heller.

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