Supercondutores têm dimensão fractal

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/10/2012

Supercondutores têm propriedades que podem mudar o quadro da geração e da distribuição de energia, além dos transportes.
[Imagem: LPS/Wikimedia Commons]

Defeitos desejados

Os físicos que estudam a supercondutividade penam para construir amostras ultrapuras, cristalinamente perfeitas, que possam conduzir a eletricidade sem qualquer perda.

Mas parece que há uma rota menos perfeccionista que pode dar resultados melhores - supercondutores que funcionem a temperatura ambiente, por exemplo.

Benjamin Phillabaum, da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos, queria fazer seu supercondutor mais do que perfeito e entender um enigma que desafia os cientistas há décadas: como exatamente os elétrons fluem nos chamados supercondutores de alta temperatura.

Em busca de respostas, ele mapeou linhas aparentemente aleatórias, com apenas quatro átomos de largura, por onde os elétrons fluem - um comportamento desconhecido sobre a rota dos elétrons nos supercondutores, que se movem livremente pela estrutura cristalina.

Mas, apesar dos "defeitos", o material apresenta a supercondutividade.

"Este material é uma cerâmica, tipo aquela do seu prato de jantar, que não tem nada a ver com condução de eletricidade. Mas, sob as condições adequadas, ele conduz eletricidade perfeitamente, com perda zero," resumiu a Dra. Erica Carlson, da Universidade Purdue, coautora do estudo.

Vantagens dos supercondutores

A descoberta sugere que essas linhas, que não são exatamente aleatórias, mas fractais, podem desempenhar um papel na supercondutividade da cerâmica a temperaturas muito mais altas do que os demais materiais.

"Um melhor entendimento de como e porque esse supercondutor funciona poderá nos ajudar a projetar supercondutores melhores. Se pudermos criar um supercondutor que funcione em uma temperatura alta o suficiente, nós poderemos mudar a forma como usamos e geramos energia," disse Carlson.

Supercondutores a temperatura ambiente poderão mudar também os transportes, permitindo a construção de trens que levitam, que se movimentam sem tocar os trilhos, sem qualquer atrito.

A imagem revela a estrutura fractal do material supercondutor (estruturas em amarelo).
[Imagem: Phillabaum et al./Nature Comm.]

As propriedades magnéticas dos supercondutores também permitirão a construção de geradores eólicos mais eficientes - os aerogeradores atuais usam ímãs permanentes superfortes, feitos de neodímio.

Isto sem contar que a eletricidade gerada pelas usinas normais poderá chegar às cidades sem nenhuma perda.

Supercondutor fractal

O trabalho poderá ajudar a fabricar supercondutores de forma sistemática, uma vez que as linhas de elétrons que os pesquisadores descobriram têm uma natureza tipicamente fractal.

"Ao pensar em um fractal, imagine um pedaço de papel amassado," explicou Carlson. "Ele é mais do que a folha plana de papel de duas dimensões, ele entra na terceira dimensão, mas não preenche completamente esse espaço. Não é uma esfera sólida verdadeira. Os fractais podem ocupar frações de uma dimensão. Eles também têm um padrão que é mantido mesmo se você for pegando pedaços cada vez menores deles mesmos."

Os padrões fractais são matematicamente bem compreendidos, e os padrões presentes na superfície das ligações cobre-oxigênio do supercondutor de alta temperatura podem ser comparados a modelos conhecidos, para saber como esse padrão pode emergir.

Usando essa informação, a equipe determinou que esses padrões se originam a partir do interior do material.

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