Supercondutores, a maior descoberta do séc.XX

Desde a sua descoberta em 1911, o fenômeno da supercondutividade tem sido um dos temas mais interessantes em física.

Pela primeira vez o efeito da supercondutividade foi identificado pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) usando o mercúrio, o qual perdeu toda a resistência ao fluxo dos elétrons quando a temperatura baixou aos 4,0 Kelvin (ou -269 graus Celsius) , a temperatura em que o gás hélio se liquefaz.

A pesquisa de Onnes o tornou vencedor do Prêmio Nobel em 1913.

A questão principal é que ainda ninguém sabia explicar como isso podia acontecer.

Em 1933, os pesquisadores alemães Walter Meissner (1882-1974) and Robert Ochsenfeld (1901-1993) descobriram que um material na fase supercondutora repele o campo magnético!

Comportamento muito estranho, pois o funcionamento do motor elétrico e do gerador elétrico está fundamentado no fenômeno da indução magnética, efeito identificado pelo inglês Michael Faraday (1791-1867) em 1831: um ímã em movimento induz corrente elétrica em um circuito de material condutor.

O que acontece é que o campo magnético produzido pelo ímã é repelido pela corrente elétrica induzida no material supercondutor!

O material na fase supercondutora se comporta como um espelho magnético, refletindo o campo magnético produzido pelo ímã.

Esse efeito de repulsão magnética – batizado de Efeito Meissner– é tão intenso que o ímã levita sobre o material que está superconduzindo.

Outro desenvolvimento muito importante foi realizado em 1962, por Brian David Josephson – nascido em 1940 no País de Gales – com a previsão teórica de que a corrente elétrica pode fluir entre dois supercondutores, mesmo quando os mesmos estão separados por um material isolante (feito um sanduiche).

Depois que a sua previsão foi confirmada pelas experiências, Josephson dividiu o Prêmio Nobel de 1973 com o japonês Leon Isaki.

Esse é o Efeito Josephson que tem sido aplicado em dispositivos eletrônicos como o SQUID, detetor de campo magnético de altíssima sensibilidade.

A supercondutividade causou perplexidade em algumas das melhores mentes do século XX até ser finalmente compreendida a partir do comportamento microscópico, em 1957, com a contribuição marcante dos vencedores do Prêmio Nobel de 1972, os físicos estadunidenses John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer, que desenvolveram a teoria clássica batizada por teoria BCS, as iniciais dos respectivos sobrenomes, para descrever o fenômeno da supercondutividade nos metais, ou materiais condutores de corrente elétrica.

Desde o início da década de 1960 tem havido muitas aplicações da supercondutividade incluindo grandes ímãs para obter imagens na medicina e para a física de alta energia, cavidades de rádio-frequência e componentes para uma variedade de aplicações, além de dispositivos de interferência quântica para magnetômetros sensíveis e circuitos digitais.

Em 1986, um sonho de muitos pesquisadores foi realizado com a descoberta dos compostos cerâmicos contendo camadas de cobre-oxigênio – o óxido de metal de transição BaLaCuO (bário-lantânio-cobre-oxigênio) – que superconduzem corrente elétrica com temperatura de 35 graus Kelvin.

A revolucionária descoberta da supercondutividade nesta classe de compostos foi o resultado da pesquisa de Johannes Georg Bednorz e Karl Alex Mueller, pesquisadores do Laboratório da IBM na Suíça, e por isso também venceram o Prêmio Nobel em 1987.

O que surpreende é que essas cerâmicas são isolantes elétricos em temperatura ambiente, mas quando são resfriadas até temperaturas muito baixas se comportam como supercondutores.

Isso implica que a teoria BCS não está mais conseguindo dar conta da supercondutividade apresentadas por esses novos materias, por isso está aberto o caminho para que quiser tentar explicar como a supercondutividade acontece nas cerâmicas, por exemplo.

Atualmente já existem outros materiais e as pesquisas continuam com o objetivo de conseguir o fenômeno supercondutor em temperatura ambiente.

Abaixo, um vídeo mostrando o uso de supercondutores no trem-bala japonês. Ele atinge 500 Km/h, pois não existe contato com os trilhos.