Novo composto mostra potencial como supercondutor em temperatura ambiente

Cientistas estão à procura de materiais que consigam conduzir eletricidade sem resistência à temperatura ambiente. Essa descoberta iria mudar a forma como usamos e armazenamos energia. Recentemente, os pesquisadores focaram em um composto feito de lutécio, berílio e hidrogênio, conhecido como LuBeH. Experimentos mostraram que esse material pode se comportar como um supercondutor em altas pressões, especificamente acima de 100 GPa.

#O que é Supercondutividade?

Supercondutividade é um fenômeno onde certos materiais conseguem conduzir eletricidade sem perder energia. Isso significa que a eletricidade pode passar por eles sem nenhuma perda, o que tem muitas aplicações potenciais, como em redes elétricas e trens de levitação magnética. A maioria dos supercondutores só funciona em temperaturas muito baixas, mas encontrar um material que funcione em temperatura ambiente seria uma grande conquista.

#A Busca por Supercondutores em Temperatura Ambiente

A busca por materiais que possam funcionar como supercondutores em temperaturas mais altas já dura anos. Segundo uma teoria bem conhecida, a capacidade de conduzir eletricidade sem resistência está ligada a certos fatores, como a massa dos átomos do material. Elementos mais leves geralmente suportam temperaturas críticas mais altas para a supercondutividade. É aí que o hidrogênio entra, já que é o elemento mais leve e tem um grande potencial para supercondutividade em altas temperaturas.

No entanto, o desafio com o hidrogênio é que ele requer pressões extremamente altas para se tornar metálico e mostrar propriedades de supercondutividade. Como resultado, os pesquisadores voltaram sua atenção para Hidretos Metálicos, que são compostos que contêm hidrogênio e metais.

#Hidretos Metálicos e Seu Potencial

Os hidretos metálicos conseguem muitas vezes alcançar propriedades supercondutoras em pressões bem mais baixas comparados ao hidrogênio metálico puro devido à presença de elementos mais pesados. Esses elementos mais pesados ajudam a criar uma estrutura mais estável que permite que o hidrogênio se comporte de uma maneira que apoia a supercondutividade.

Depois de teorizar sobre o potencial desses compostos ricos em hidrogênio, os cientistas descobriram vários hidretos binários, que são feitos de dois elementos, incluindo silício e alumínio. Eles encontraram que alguns desses compostos poderiam se tornar supercondutores sob pressão. Por exemplo, o sulfeto de hidrogênio mostrou supercondutividade em temperaturas em torno de 203 K, enquanto outros hidretos alcançaram temperaturas críticas ainda mais altas.

A pesquisa continuou a se expandir além dos hidretos binários para hidretos ternários, que consistem em três elementos. Esses compostos oferecem mais combinações e podem levar à descoberta de temperaturas de transição supercondutoras ainda mais altas.

#O Estudo dos Superhidretos

Uma categoria interessante de hidretos são os superhidretos. Esses materiais têm uma estrutura única, onde os átomos de hidrogênio formam formas semelhantes a gaiolas ao redor de íons metálicos positivos. Elementos de terras raras, como lantânio e ítrio, são particularmente bons em formar essas estruturas. O lutécio, que é semelhante ao lantânio em termos de propriedades químicas, não foi estudado tanto quanto seus colegas.

Estudos recentes sugeriram a possibilidade de supercondutividade em hidretos de lutécio dopados com nitrogênio em pressões relativamente baixas. No entanto, resultados conflitantes geraram debates entre os cientistas sobre as reais capacidades supercondutoras desses compostos.

#Descobrindo o LuBeH

O novo estudo prevê que um hidreto ternário chamado LuBeH poderia ser um supercondutor promissor em temperatura ambiente. Os pesquisadores usaram simulações computacionais avançadas para explorar diferentes combinações estruturais de lutécio, berílio e hidrogênio em pressões muito altas.

As descobertas das simulações mostraram que o LuBeH poderia se tornar supercondutor em temperaturas muito acima da temperatura ambiente, alcançando uma temperatura crítica máxima de 355 K em torno de 100 GPa. Isso representa um avanço significativo na área dos supercondutores.

#Insights Estruturais

A estrutura cristalina do LuBeH consiste em átomos de lutécio, berílio e hidrogênio organizados em uma configuração estável. Os átomos de berílio se encaixam entre os poliedros de hidrogênio ao redor dos átomos de lutécio. Essa estrutura é semelhante a outros hidretos conhecidos, onde elementos mais pesados ajudam a apoiar a estabilidade geral do material.

Em 100 GPa, as propriedades do fonon do LuBeH foram analisadas, indicando que a estrutura não tem vibrações imaginárias, o que significa que é dinamicamente estável. As vibrações dos átomos ocorrem principalmente em frequências baixas. Essas propriedades sugeriram interações fortes necessárias para que a supercondutividade ocorra.

#Propriedades Eletrônicas

As características eletrônicas do LuBeH também mostraram resultados promissores. O material exibe um comportamento metálico, o que significa que permite o fluxo de eletricidade. Os cálculos indicaram que a estrutura proposta tem uma densidade de estados significativa, que é essencial para boas propriedades supercondutoras.

A estrutura da banda eletrônica sugere que o material tem cruzamentos de banda em níveis de energia específicos, apoiando ainda mais a possibilidade de supercondutividade. A relação entre os átomos neste composto cria um ambiente propício para o comportamento supercondutor.

#Implicações Práticas

A descoberta do LuBeH acrescenta à lista crescente de materiais que exibem supercondutividade em condições específicas. Com uma temperatura crítica máxima em pressões tão altas, isso abre caminhos para mais pesquisas e possíveis aplicações.

Encontrar materiais que possam funcionar como supercondutores em temperaturas mais altas tem implicações não apenas para o armazenamento de energia, mas também para sistemas de transporte, tecnologias de imagem médica e mais.

#O Futuro dos Supercondutores

Olhando para o futuro, os pesquisadores estão animados com o potencial do aprendizado de máquina e de outros métodos computacionais avançados para descobrir novos materiais supercondutores. Simulando e prevendo as estruturas de vários compostos, os cientistas esperam descobrir ainda mais candidatos para supercondutores em temperatura ambiente.

Os resultados alcançados com o LuBeH inspiram mais estudos sobre outras combinações de hidretos. Misturando outros elementos mais pesados com hidrogênio, os pesquisadores podem expandir a busca por materiais que consigam alcançar a supercondutividade em condições mais acessíveis.

#Conclusão

Em resumo, as descobertas recentes sobre o LuBeH representam um passo significativo na busca por supercondutores em temperatura ambiente. A combinação de lutécio, berílio e hidrogênio exibe propriedades supercondutoras notáveis em altas pressões. Com pesquisas em andamento e avanços tecnológicos, o sonho de descobrir materiais práticos para supercondutividade em temperatura ambiente pode em breve se tornar realidade. Isso não só beneficiaria a pesquisa científica, mas também levaria a aplicações transformadoras em nossas vidas cotidianas.