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Quando as pessoas imaginam "novos materiais, "eles normalmente pensam em química. Mas o físico da UConn Ilya Sochnikov tem outra sugestão:mecânica.
Sochnikov trabalha com supercondutores. Supercondutores são materiais que permitem que a eletricidade flua sem perder energia. Em um condutor normal - digamos, uma linha de força - a corrente elétrica é gradualmente reduzida por atrito e perda. Perdemos até 90% da eletricidade que geramos dessa forma. Mas uma corrente elétrica pode fluir através de um circuito supercondutor para sempre, imutável. Supercondutores práticos fariam redes de energia e muitos dispositivos, incluindo novos computadores, muito mais eficiente em termos de energia.
Químicos e metalúrgicos têm feito experiências com diferentes combinações de elementos há anos, tentando obter supercondutores que funcionem em temperaturas próximas à temperatura ambiente (a maioria dos supercondutores só funciona quando estão superfrios). A ideia é chegar a uma combinação perfeita de elementos que terão exatamente a densidade correta de elétrons, com as energias certas. Quando isso acontecer, elétrons se emparelham e se movem através do material de forma sincronizada, mesmo em temperaturas acima de 77 graus Kelvin, que é a temperatura do nitrogênio líquido. É considerado um supercondutor de alta temperatura, porque o nitrogênio líquido é barato de produzir e pode ser usado como refrigerante. Mas encontrar a química certa para fazer novos e melhores supercondutores de alta temperatura tem sido difícil.
Sochnikov e seus alunos estão pensando de maneira diferente. E se mudanças mecânicas, como compressão ou alongamento, pudessem tornar um material um supercondutor? Mudar a química é, em última análise, mudar o arranjo dos átomos e elétrons em um material. Tensões mecânicas podem fazer a mesma coisa, de uma maneira diferente.
Junto com os alunos do Departamento de Física Chloe Herrera, Jonah Cerbin, Donny Davino, e Jacob Franklin, Sochnikov projetou uma máquina para esticar um pequeno pedaço de supercondutor para ver o que aconteceria. Eles escolheram titanato de estrôncio, um material bem conhecido usado em aplicações eletrônicas de alta tecnologia como cristais grandes e quase perfeitos, que se torna um supercondutor em torno de 0,5 graus Kelvin. Isso é ridiculamente frio, mais frio ainda do que o hélio líquido. Mas o titanato de estrôncio se comporta de uma maneira muito estranha quando está tão frio. Seus átomos se polarizam; isso significa que todos eles oscilam em sincronia. Você pode imaginá-los balançando suavemente para cima e para baixo, todos juntos. Essas oscilações têm uma tendência de ligar os elétrons, ajudando-os a se moverem como um par - isso é provavelmente o que o torna supercondutor.
Sochnikov e os alunos do grupo sabiam que o alongamento do titanato de estrôncio mudaria a forma como seus átomos oscilavam. Este, por sua vez, pode mudar a forma como os elétrons se movem. A máquina que estica o cristal é feita de cobre para conduzir o calor para longe do cristal. A maior parte do restante do funcionamento é revestida de ouro para refletir o calor externo. Ele usa três cilindros para resfriar o material; primeiro à temperatura do nitrogênio líquido (70K), então hélio líquido (4K), em seguida, para uma mistura fervente de hélio-3 e hélio-4 (devido a efeitos quânticos estranhos, está ainda mais frio do que o hélio líquido normal - apenas alguns milésimos de Kelvin! Muito perto do zero absoluto!)
Toda a configuração é suspensa em uma estrutura de aço que flutua sobre amortecedores, para evitar que qualquer vibração no chão atrapalhe o experimento.
Quando Sochnikov, Herrera, Cerbin, Davino, e Franklin fez o experimento e olhou os resultados, eles descobriram que o titanato de estrôncio alongado se torna supercondutor em temperaturas 40% mais altas do que o normal. É um grande aumento, em porcentagem. Eles acreditam que é porque esticar o material torna mais fácil para os átomos oscilarem, colar os elétrons com mais firmeza. Agora, eles estão trabalhando para calcular o que fez a diferença, e planeje testá-lo em outros materiais em um futuro próximo.
"Normalmente controlamos os materiais quimicamente. Aqui, nós fazemos isso mecanicamente. Isso nos dá outra ferramenta para aproximar os supercondutores da vida cotidiana, e descobrir novas funcionalidades, "Sochnikov diz.