SUPERCONDUTOR
Autor: Igor Diore | Publicado: 2010-07-19T12:25:00-04:00

Supercondutividade (SC) é uma propriedade física. De característica intrínseca de certos materiais, quando se esfriam a temperaturas extremamente baixas, para conduzir corrente sem resistência nem perdas, funcionando também como um diamagneto perfeito abaixo de uma temperatura crítica. Esta propriedade foi descoberta em 1911 pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes, quando observou que a resistência elétrica do mercúrio desaparecia quando resfriado a 4K (-452°F, -269.15°C).O recorde atual, a temperatura mais elevada em que um material se comporta como supercondutor é apresentada por um composto cerâmico de mercúrio-cobre; temperatura de transição: 138 K (ou -131º C). Para isso também se usa hélio líquido, material caro e pouco eficiente, o que impede seu uso em tecnologias que procurem explorar o fenômeno.Em 1986, os fisicos da IBM Karl, Alexander Müller e Johannes Georg Bedborz, conseguiram supercondutividade em uma cerâmica composta de bário, lantânio, cobre e oxigênio a 35K (-238ºC). Essa descoberta possibilitou um grande desenvolvimento nas pesquisas mundiais de supercondutores, no sentido de se conseguirem materiais que funcionem a temperaturas cada vez mais elevadas.Merecem destaque as descobertas do físico Paul Ching-Wu Chu, o qual desenvolveu uma ceràmica supercondutora a 92K (-181ºC). Em 1993 esse mesmo cientista desenvolveu outra cerâmica supercondutora, mas desta vez a 160K (-113ºC).A supercondutividade pode ser entendida como um fenômeno quântico-macroscópico, ou seja, este estado pode ser descrito por uma única função de onda. O material supercondutor exibe duas características: resistividade nula, quando resfriado abaixo de certa temperatura crítica, Tc, e diamagnetismo perfeito, ou seja, exclusão do campo magnético de seu interior. Esta última característica é denominada Efeito Messner.A aniquilação da fase supercondutora se dá pela ocorrência de um ou mais dos seguintes fatores: a aplicação de campo externo, a elevação da temperatura na região experimental e, por fim, a aplicação de correntes de transporte, Jtr. Curiosamente acima de Tc (estado normal) os materiais supercondutores não são bons condutores. Materiais como cobre, prata e ouro não exibem o fenômeno da supercondutividade.Em 1908, H. Kamerlingh Ones iniciou a física de baixas temperaturas liquefazendo o hélio em seu laboratório em Leiden. Três anos depois, quando analisava a resistividade de uma amostra de mercúrio, notou que abaixo de 4,15 K, a resistividade desta caía abruptamente a zero. Inicia-se o fascinante mundo da supercondutividade.Em 1933, Walther Meißner e Robert Ochsenfeld descobriram que, ao expor um material supercondutor a um campo magnético externo ele exclUía todo fluxo de seu interior até um campo crítico, Hc, acima do qual o efeito supercondutor era destruído. Esse efeito ficou conhecido por Efeito Meißner-Ochsenfeld, comumente chamado Efeito Messner. Teorias fenomenológicas, como a de Ginzburg e Landau, que data de 1950, apareceram na tentativa de explicar a supercondutividade. Mais tarde, com sua demonstração a partir da teoria BCS (J. Bardeen, L. Cooper e J. R. Schriffer), ela ganhou respeito e popularidade no meio por sua simplicidade.Em 1957, John Bardeen, Leon Cooper e J. Robert Schriffer propuseram uma teoria microscópica que assume os superelétrons como os portadores de carga do estado supercondutor. Eles são formados por dois elétrons com spins e momentos lineares opostos, atraídos pelos fônons (vibrações) da rede. Essa teoria é conhecida por teoria BCS.Durante algum tempo pensou-se que todos os materiais supercondutores tivessem o mesmo comportamento, mas hoje conhecem-se dois tipos de supercondutores, os do tipo I, que abrangem a maior parte dos supercondutores metálicos (elementos puros e ligas), e os do tipo II, abrangendo todos os compostos cerâmicos e algumas ligas metálicas.Os supercondutores do tipo I e do tipo II têm respostas diferentes quanto à aplicação de campos magnéticos. Os supercondutores do tipo I apresentam somente o estado Meissner. Nesse estado não pode haver penetração de fluxo magnético, então surgem correntes que blindam o material. Essa blindagem é suficiente até HC, acima do qual o material transiciona para o estado normal. Já os supercondutores do tipo II apresentam dois valores de campos magnéticos críticos. Um campo inferior HC1, geralmente baixo, que limita a região onde a amostra exclui todo fluxo de seu interior (efeito Meissner). Para H > HC1 começa a haver penetração de linhas de fluxo magnético no interior da amostra, originando o chamado estado misto. Neste estado há, no interior da amostra, regiões supercondutoras e regiões normais. Esta situação persiste até um segundo campo crítico HC2, em geral muito maior que HC1. Para H > HC2 o material transita para o estado normal.Os valores dos campos críticos dependem da temperatura. O módulo da magnetização M é máximo em HC1, pois este é o valor máximo do campo que a amostra suporta sem haver penetração de fluxo. M volta a ser nula em HC2, acima do qual a amostra está no estado normal. A penetração ou não de fluxo no material se dá pela configuração energética da superfície deste. Os supercondutores do tipo I têm densidade superficial de energia positiva e por isso, se regiões normais aparecessem em seu interior a energia total desse aumentaria, contrariando o princípio da mínima energia. Já o estado misto dos supercondutores do tipo II é possível pelo fato da sua densidade de energia superficial ser negativa e, com o aparecimento de regiões normais em seu interior, a energia total do sistema é minimizada.