Materiais Semicondutores

Materiais Supercondutores

Em 1913 Onnes ganhou o prêmio Nobel de Física por sua pesquisa nesta área. O marco no sentido de compreender como a matéria se comporta em temperaturas extremamente frias ocorreu em 1933. Um ímã que se move sobre um condutor induz correntes no condutor. Walter Meissner e Robert Ochsenfeld descobriram que num supercondutor as correntes induzidas contrabalançam exatamente o campo que penetraria de o material fazendo com que o ímã seja repulsado. Este fenômeno é conhecido como diamagnetismo e hoje é frequentemente consultado com “efeito Meissner”. Descobriu-se, mais tarde, que a perda de resistência era apenas uma entre as muitas propriedades especiais dos supercondutores. Eles apresentam propriedades magnéticas diferentes de qualquer outro material. Mas temperaturas assim baixas só podem ser obtidas com a aplicação do muito caro hélio líquido, o que limitou o uso dos supercondutores a situações muito especiais. Numa série de descobertas a partir de 1985, os cientistas descobriram novos materiais que se tornavam supercondutores a temperaturas muito mais elevadas. Primeiramente, pesquisadores do laboratório da IBM em Zurique, na Suíça, chefiados por Karl Alex Müller e Johannes Georg Bednorz, descobriram um óxido de cobre que se tornava supercondutor utilizando outros óxidos cerâmicos baseados em uma grande variedade de elementos e materiais das terras raras. Em 1987, uma equipe chefiada por Paul Chu, na Universidade de Houston, no Texas, usou um elemento das terras raras, o ítrio, num composto que se tornou supercondutor a 98 Kelvin, uma temperatura em que o nitrogênio líquido - muito mais barato que o hélio - podia ser usado para o resfriamento. Pouco tempo depois surgiu uma corrente de pesquisas em todo mundo para descobrir materiais supercondutores a temperaturas cada vez mais altas. Concomitantemente, empresas como a IBM anunciaram os primeiros aparelhos de interferência do quantum superconduzido (superconducting quantum interference device), os SQUID'S, que conseguem detectar o campo magnético produzido pela atividade cerebral. É possível, assim, identificar quais partes do cérebro regem determinado sentido humano, como a audição, por exemplo. Em 1993, foi alcançado um recorde que se mantém até hoje: o físico Michael Laguës, da Escola Superior de Física e Química Industrial de Paris, conseguiu produzir um composto de estrôncio bismuto, cobre e cálcio que se torna supercondutor a meros -23º C, um salto de 117ºC acima do último recorde, que pertencia ao físico Paul Chu.

Supercondutores são materiais que tem a propriedade de conduzirem eletricidade sem que haja perda de energia. É sabido que uma elevação da temperatura de um material faz com que seus átomos vibrem com mais intensidade, sendo seus elétrons submetidos a constantes colisões que provocam perda de energia. No entanto, pesquisadores do assunto observaram que tal fenômeno mostra-se ineficaz para explicar o fenômeno da supercondutividade, uma vez que a razão da diminuição da resistividade com a temperatura faz-se de forma gradualmente lenta. A compreensão da supercondutividade teve um avanço com o surgimento da Teoria BCS (J. Bardeen, L. Cooper e R. Schrieffer) que explica o seu fenômeno em temperaturas próximas ao zero absoluto. A Teoria BCS mostra como é possível obter o acoplamento de elétrons aproveitando-se as vibrações internas do sólido, chamadas de “fonons”. Essas vibrações, se estiverem organizadas, criam uma espécie de depressão que mantém os elétrons juntos. O emparelhamento dos elétrons torna-se favorável à supercondutividade a medida que

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