A supercondutividade foi descoberta em 1911, mas suas propriedades e características ainda não foram totalmente estudadas. Novas pesquisas sobre nanofios estão ajudando a entender como esse fenômeno se perde.
O problema de manter as bebidas geladas no verão quente é uma lição clássica de mudança de fase. Eles devem ser estudados, a substância deve ser aquecida e a mudança em suas propriedades deve ser observada. Quando chegar ao chamado ponto crítico, acrescente água ou calor - e observe como a substância se transforma em gás (ou vapor).
Agora imagine que você resfriou tudo a temperaturas muito baixas - tanto que todos os efeitos térmicos desapareceram. Bem-vindo à realidade quântica, onde a pressão e os campos magnéticos não afetam de forma alguma o surgimento de novas fases! Este fenômeno é chamado de transição de fase quântica. Ao contrário de uma transição convencional, uma transição quântica forma propriedades completamente novas, como a supercondutividade (em alguns materiais).
Se você aplicar voltagem a um metal supercondutor, os elétrons viajarão pelo material sem resistência e a corrente elétrica fluirá indefinidamente, sem diminuir a velocidade ou gerar calor. Alguns metais se tornam supercondutores em altas temperaturas, o que é importante no caso de transmissão de energia e processamento de dados com base em supercondutores. Os cientistas descobriram esse fenômeno há 100 anos, mas o mecanismo da supercondutividade em si permanece um mistério, uma vez que a maioria dos materiais é muito complexa para entender a física da transição de fase quântica em detalhes. Portanto, a melhor estratégia neste caso é focar no aprendizado de sistemas de modelos menos complexos.
Físicos da Universidade de Utah descobriram que nanofios supercondutores feitos de uma liga de molibdênio-germânio sofrem transições de fase quântica de supercondutor para metal comum quando colocados em um campo magnético comum em baixas temperaturas. Este estudo revelou pela primeira vez o processo microscópico pelo qual um material perde sua supercondutividade: um campo magnético quebra pares de elétrons - pares de Cooper interagindo com outros pares do mesmo tipo - e eles experimentam uma força de amortecimento de elétrons desemparelhados no sistema.
A pesquisa é detalhada em uma teoria crítica proposta por Adrian Del Maestro, professor assistente da Universidade de Vermont. A teoria descreveu com precisão como a evolução da supercondutividade depende da temperatura crítica, a magnitude do campo magnético e orientação, a área da seção transversal do nanofio e as características microscópicas do material do qual é feito. Esta é a primeira vez no campo da supercondutividade que todos os detalhes de uma transição de fase quântica são previstos pela teoria, confirmados em objetos reais em laboratório.
“As transições de fase quântica podem parecer muito exóticas, mas são observadas em muitos sistemas - dos centros das estrelas aos núcleos atômicos, bem como dos ímãs aos isoladores, - disse Andrey Rogachev, professor assistente da Universidade de Utah e principal autor do estudo. “Assim que entendermos as vibrações quânticas neste sistema mais simples, podemos falar sobre cada detalhe do processo microscópico e aplicá-lo a objetos mais complexos.”
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