Metalurgia do Pó
23 de outubro de 2018
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MATERIAIS SUPERCONDUTORES

Em 1911, o físico Kamerlingh Onnes, ao estudar o comportamento de metais puros a baixas temperaturas, colocando-os no banho de hélio líquido, descobriu que a resistividade do mercúrio, quando resfriado a temperaturas próximas do zero absoluto (mais especificamente abaixo de 4,2K), desaparecia totalmente. Este fenômeno ficou conhecido como supercondutividade.

Os materiais supercondutores tornaram-se de grande interesse da comunidade científica e tecnológica pois têm a capacidade de conduzir corrente elétrica sem qualquer resistência. Logo, as cargas poderiam circular em supercondutores sem perder energia em forma de calor. Correntes criadas em anéis supercondutores, por exemplo, persistiriam durante vários anos somente com a energia utilizada para produzir a corrente inicial. Além disso, o material teria um diamagnetismo perfeito, propriedade conhecida como Efeito de Meissner-Ochsenfeld, estado em que ocorre a expulsão do campo magnético do seu interior.

Uma explicação para a supercondutividade é o fato de que os elétrons responsáveis pela corrente se movem em pares. Um dos elétrons do par distorce a estrutura cristalina do material supercondutor, criando nas proximidades uma concentração temporária de cargas positivas, enquanto o outro elétron do par é atraído por estas cargas positivas. Segundo a teoria, esta coordenação dos movimentos dos elétrons impede que eles colidam com os átomos da rede cristalina, eliminando assim a resistência elétrica. A teoria explicou com sucesso, porém, somente o comportamento dos supercondutores de baixa temperatura (LTS).

Até 1986 as aplicações tecnológicas da supercondutividade eram limitadas pelos custos de se produzir temperaturas muito baixas, necessárias para que o efeito ocorresse. A partir deste ano, no entanto, foram descobertos materiais cerâmicos em que seriam necessárias temperaturas um pouco mais altas para que houvesse a transformação em um material supercondutivo, os supercondutores de alta temperatura (HTS), tornando-se, assim, um processo mais econômico. Isto dividiu os materiais supercondutores em dois grupos, o Tipo I (LTS), de temperatura crítica de no máximo 77K e o Tipo II (HTS), de temperatura crítica de no mínimo 77K.

Os supercondutores tornaram-se, então, alvos de muitas pesquisas no desenvolvimento de tecnologia com sua larga aplicação. Algumas das aplicações mais recentes são:

MagLev COBRA

“O MagLev COBRA é um veículo de levitação magnética em desenvolvimento no Laboratório de Aplicações de Supercondutores – LASUP, em parceria com outras instituições. Visa revolucionar o transporte coletivo com alta tecnologia, energia eficiente, não poluente e de custo acessível para os grandes centros urbanos.”

Em outras palavras, o projeto traz à vida um trem que funciona por levitação magnética supercondutora que baseia-se na propriedade diamagnética dos supercondutores e, no caso dos supercondutores do tipo II, dá-se uma expulsão parcial do campo magnético interior, o que diminui a força de levitação em comparação com um supercondutor do tipo I, mas proporciona mais estabilidade. É utilizada no projeto uma placa de cerâmica supercondutora  que, ao ser resfriada com nitrogênio líquido, produz o efeito de levitação sobre um ímã de terras raras.

Este protótipo operará em uma linha de testes com 223m de extensão em uma área da Universidade Federal do Rio de Janeiro. A universidade aposta no projeto como uma solução de apelo mundial para a redução dos gases poluentes responsáveis pelo aquecimento global.

Qubits Supercondutores Transmon

Os computadores quânticos são máquinas capazes de resolver problemas extremamente complexos de forma muito rápida e vêm tornando-se alvo de grandes pesquisas tecnológicas, pois em vez de usar 1 e 0 em sequências longas, como na computação clássica, o bit quântico (qubit) usa as propriedades das partículas subatômicas.

Os qubits podem influenciar uns aos outros, mesmo não fisicamente conectados, fenômeno que é chamado de  entrelaçamento, e o que lhes dá a capacidade de fazer saltos lógicos que os computadores não quânticos não conseguiriam. Contudo, qubits são altamente instáveis e propensos a sofrer interferências de outras fontes de energia. Portanto, a corrida pela computação quântica é a busca por uma forma de estabilizar os qubits para serem produzidos em larga escala, o que a grande empresa IBM acredita estar perto de realizar com os qubits supercondutores transmon, já tendo construído três protótipos de processadores e disponibilizando-os na nuvem.

 

 

 

Fontes

https://www.bbc.com/portuguese/geral-45406872 http://www.maglevcobra.coppe.ufrj.br/veiculo.html

http://fisica.ufpr.br/grad/supercondutividade.pdf

http://fisica.uc.pt/fa/discs/wc.show_doc.php?id_disc=310&id_turma=&id_typ=19&id_typdoc=2&id_doc=27770&anolect=20082009

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1913/onnes/biographical/

 

 

 

 

Escrito por:

Nathália Bellio da Silva

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