Cálculos realizados por uma equipe internacional de pesquisadores da Espanha, Itália, França, Alemanha, e o Japão mostram que a estrutura cristalina do composto LaH10 supercondutor recorde é estabilizada por flutuações quânticas atômicas. Este resultado sugere que a supercondutividade próxima à temperatura ambiente pode ser possível em compostos ricos em hidrogênio a pressões muito mais baixas do que o esperado anteriormente com os cálculos clássicos. Os resultados são publicados hoje em Natureza .

Alcançar a supercondutividade à temperatura ambiente é um dos maiores sonhos da física. Sua descoberta traria uma revolução tecnológica ao fornecer transporte elétrico sem perdas, motores ou geradores elétricos ultra-eficientes, bem como a possibilidade de criar enormes campos magnéticos sem resfriamento. As recentes descobertas de supercondutividade, primeiro a 200 kelvin em sulfeto de hidrogênio e, posteriormente, a 250 kelvin em LaH10, chamaram a atenção para esses materiais, trazendo esperanças de atingir a temperatura ambiente em breve. Agora está claro que os compostos ricos em hidrogênio podem ser supercondutores de alta temperatura. Pelo menos em altas pressões:ambas as descobertas foram feitas acima de 100 gigapascais, um milhão de vezes a pressão atmosférica.

Os 250 kelvin (-23ºC) obtidos em LaH10, a temperatura normal em que os freezers domésticos funcionam, é a temperatura mais quente para a qual a supercondutividade já foi observada. A possibilidade de supercondutividade de alta temperatura em LaH10, um superidrido formado por lantânio e hidrogênio, foi antecipado pelas previsões da estrutura cristalina em 2017. Esses cálculos sugeriram que acima de 230 gigapascais um composto LaH10 altamente simétrico (grupo espacial Fm-3m), com uma gaiola de hidrogênio envolvendo os átomos de lantânio (veja a figura), seria formado. Foi calculado que esta estrutura distorceria em pressões mais baixas, quebrando o padrão altamente simétrico. Contudo, experimentos realizados em 2019 foram capazes de sintetizar o composto altamente simétrico a pressões muito mais baixas, de 130 e 220 gigapascals, e medir a supercondutividade em torno de 250 kelvin nesta faixa de pressão. A estrutura cristalina do supercondutor de registro, e, portanto, sua supercondutividade, permaneceu, portanto, não inteiramente claro.

Agora, graças aos novos resultados publicados em Natureza , sabemos que as flutuações quânticas atômicas "colam" a estrutura simétrica do LaH10 em toda a faixa de pressão em que a supercondutividade foi observada. Em mais detalhes, os cálculos mostram que se os átomos são tratados como partículas clássicas, isso é, como pontos simples no espaço, muitas distorções da estrutura tendem a diminuir a energia do sistema. Isso significa que o cenário de energia clássico é muito complexo, com muitos mínimos (veja a figura), como um colchão altamente deformado porque muitas pessoas estão de pé sobre ele. Contudo, quando os átomos são tratados como objetos quânticos, que são descritos com uma função de onda deslocalizada, o cenário de energia é completamente remodelado:apenas um mínimo é evidente (veja a figura), que corresponde à estrutura Fm-3m altamente simétrica. De alguma forma, efeitos quânticos eliminam todos no colchão, exceto uma pessoa, que deforma o colchão apenas em um único ponto.

Além disso, as estimativas da temperatura crítica usando a paisagem de energia quântica concordam satisfatoriamente com as evidências experimentais. Isso apóia ainda mais a estrutura de alta simetria Fm-3m como responsável pelo registro supercondutor.