Material supersólido é obtido experimentalmente pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/02/2024

Fotos do material supersólido e dos instrumentos usados para sua caracterização.
[Imagem: Wei Li]

Supersólido

Depois de mais de 50 anos de buscas, incluindo alguns falsos alarmes, cientistas chineses obtiveram a primeira evidência confirmada de um material supersólido.

Esse estado exótico da matéria combina a rigidez de um sólido com o fluxo sem atrito de um superfluido, um fluido com viscosidade zero - um supersólido é um estado quântico exótico da matéria que consiste em partículas formando uma estrutura sólida incompressível e, ao mesmo tempo, apresentando superfluidez.

A supersolidez em um material sólido do mundo real poderá revolucionar muitas tecnologias, a começar pela refrigeração, viabilizando dispositivos de resfriamento incrivelmente eficientes sem depender do elemento cada vez mais escasso, o hélio.

Em todo o mundo, cientistas e indústrias enfrentam uma escassez de hélio, um gás inerte que é crucial para atingir temperaturas extremamente baixas necessárias para pesquisas e tecnologias avançadas, como ímãs supercondutores, máquinas de ressonância magnética e computadores quânticos. Mas, com reservas limitadas e custos de extração crescentes, tornou-se crucial encontrar alternativas ao hélio.

É aqui que entra o material supersólido recém-descoberto. Ele é feito de cobalto e pode ser resfriado até próximo do zero absoluto (quase 273 graus Celsius negativos), a temperatura mais fria possível, sem a necessidade de hélio - a fórmula completa do material é Na₂BaCo(PO₄)₂.

"Nós colocamos este material em campos magnéticos e depois tentamos remover os campos, evitando que o calor vazasse," explicou o professor Su Gang, da Universidade da Academia Chinesa de Ciências. "À medida que reduzimos lentamente os campos magnéticos, a temperatura do material também baixou lentamente, atingindo eventualmente 94 milikelvins."

Ilustrações do estado supersólido de spin e seu efeito de resfriamento próximo à transição supersólido-líquido em um ímã de rede triangular.
[Imagem: Junsen Xiang et al. - 10.1038/s41586-023-06885-w]

Análogo magnético

O conceito de supersolididade tem desafiado os físicos desde a década de 1970, quando o físico teórico Anthony Leggett previu sua possibilidade. Mas ninguém até agora havia conseguido provar sua existência em materiais sólidos do mundo real - em contraposição a exóticos "cristais quânticos".

Estas foram as primeiras evidências convincentes de um "análogo do spin quântico" desse estranho estado, obtido no material à base de cobalto - em outras palavras, o material é um análogo magnético do supersólido.

Embora ainda esteja em seus estágios iniciais, esta pesquisa abre possibilidades interessantes, destacando-se os refrigeradores que não precisam de hélio. Esses dispositivos poderiam criar ambientes ideais para computadores quânticos e impulsionar inúmeras pesquisas científicas, de observações astronômicas ultrassensíveis a novos supercondutores.

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