Níquelatos de Bicamada: Uma Nova Classe de Supercondutores de Alta Temperatura

Limitações da Supercondutividade

A eletricidade tem sido uma das tecnologias mais transformadoras da história, permitindo a transmissão de uma forma de energia muito útil ao longo de longas distâncias. Mas todo sistema elétrico “normal” enfrenta resistência elétrica, o que resulta na geração de calor quando uma corrente elétrica é aplicada.

Existe uma alternativa: os chamados materiais supercondutores. Os materiais supercondutores têm resistência elétrica zero, o que permite que correntes extremamente poderosas sejam usadas sem gerar calor.

Sem a supercondutividade, muitas tecnologias modernas não seriam possíveis, incluindo aceleradores de partículas (por exemplo, o CERN), ressonância magnética (MRI) e trens maglev.

A supercondutividade será um componente crucial dos megaprojetos e inovações tecnológicas mais promissores, como ITER e fusão nuclear, propulsores de massa, computadores quânticos, etc.

Linhas de energia elétrica sem perdas também podem ser cruciais no desenvolvimento de conexões de rede ultra-longas, ajudando a amortecer a produção de energias renováveis em diferentes condições climáticas e fusos horários, resolvendo algumas das limitações da energia solar e eólica.

Fonte: XOT Metals

No entanto, a supercondutividade até agora só foi dominada em materiais que a exibem em temperaturas ultra‑baixas, apenas alguns graus acima do zero absoluto. Ou sob pressão extremamente alta.

Isso a torna não apenas muito complexa para qualquer aplicação, exceto as mais exigentes (maglev, MRI, etc.), mas também muito cara, tornando-a economicamente inviável para muitas aplicações que poderiam se beneficiar de material supercondutor ou de uso em larga escala.

Muitos Caminhos para a Supercondutividade

Agora parece que o material produzido sob alta pressão pode ser capaz de manter parte de sua supercondutividade em pressão mais baixa, por meio de um método experimental chamado protocolo de choque de pressão (PQP).

Recentemente, o bilayer torcido de WSe₂ (selênio de tungstênio) pareceu ser um bom candidato material para supercondutores de temperatura mais alta também.

Portanto, após anos de progresso lento, parece que os físicos estão começando a descobrir maneiras totalmente novas de criar materiais supercondutores. E um novo foi agora adicionado à lista, com uma nova família de supercondutores contendo níquel.

Pesquisadores chineses da Southern University of Science and Technology em Shenzhen e da Universidade Tsinghua descobriram que os supercondutores de níquelato de bicamada conduzem eletricidade sem resistência, bem acima do zero absoluto e à pressão ambiente.¹

Eles publicaram seus resultados na prestigiosa revista científica Nature, sob o título “Início da supercondutividade à pressão ambiente acima de 40 K em filmes de (La,Pr)3Ni2O7”.

Supercondutores Não Muito Frios

A supercondutividade de alta temperatura pode um dia se tornar uma opção, notavelmente com o caso intrigante de LK-99 (uma forma de apatita de chumbo substituída por cobre – CSLA), um novo tipo de supercondutor à pressão ambiente e temperatura ambiente.

A alegação foi imediatamente contestada e criticada como um engano ou erro de medição, mas outros pesquisadores descobriram que pode haver algo acontecendo afinal.

Mas esta não é a única classe de supercondutores que poderia funcionar em temperaturas mais altas.

Foi descoberto recentemente que dois grupos de cerâmicas (cupratos à base de cobre e pnictídeos à base de ferro) funcionam como supercondutores não convencionais que operam à pressão ambiente e em temperaturas tão altas quanto 150 K (–123 °C / -189 °F).

Fonte: Materials Today

Agora, parece que os níquelatos estão se juntando a essas cerâmicas para criar um material que funciona como supercondutor em temperaturas mais altas.

Embora não tão quente, é muito mais fácil alcançar essa temperatura do que com os supercondutores atuais. Por exemplo, os ímãs supercondutores do ITER precisarão ser resfriados próximo ao zero absoluto com hélio líquido, um procedimento muito intensivo em energia e caro.

No geral, isso indica que os supercondutores provavelmente se tornarão muito mais comuns no médio prazo, à medida que muitas mais formas deles são descobertas e experimentadas.

Níquelatos Supercondutores

O níquelato foi descoberto como tendo propriedades potenciais de supercondutividade em 2019 por Danfeng Li, físico da City University of Hong Kong, e seu colega. Em 2023, outra equipe demonstrou a supercondutividade dos níquelatos em temperaturas mais altas, mas sob alta pressão.

Fonte: Nature

Mas foi em dezembro de 2024 que os níquelatos foram detectados pela primeira vez perdendo resistência a uma temperatura crítica e expulsando campos magnéticos, ambas fortes indicações de supercondutividade.

Para alcançar esse resultado, filmes de cristal único de La2.85Pr0.15Ni2O7 (lantânio‑praseodímio‑níquel) foram cultivados usando uma técnica chamada epitaxia camada por camada oxidativa gigantesca (GOALL‑Epitaxy). Essa técnica foi desenvolvida pela mesma equipe de pesquisadores e fornece várias ordens de magnitude de oxidação mais forte e precisão na produção de camadas de material ao nível atômico.

Fonte: Research Gate

Métodos analíticos avançados foram usados para estudar o composto à base de níquel, incluindo imagens de microscopia eletrônica de transmissão varrida (STEM) e mapeamentos de espaço recíproco de raios X (RSMs).

Eles revelaram o aparecimento de uma fase tetragonal na camada de óxido de níquel, que pode ser responsável pelo fluxo livre de elétrons nas condições adequadas.

Melhorando Materiais Supercondutores

O método usado como teste preliminar para melhorar as propriedades dos níquelatos pode ser ainda aprimorado. Isso deve levar a múltiplos testes para elevar ainda mais a temperatura desses supercondutores.

“Há uma enorme esperança de que possamos eventualmente elevar a temperatura crítica e tornar esses materiais mais úteis para aplicações.” Danfeng Li – Físico na City University of Hong Kong.

A análise indica que o processo que confere supercondutividade aos níquelatos é semelhante ao que afeta os cupratos (feitos de cobre).

”Aumentar isso é uma prioridade. A equipe está tentando várias estratégias para ajustar como o material é cultivado e sua composição precisa.” Zhuoyu Chen – Físico na SUSTech

Experimentos Antes da Teoria

Deve-se observar que os resultados recentes sobre supercondutores de temperatura mais alta, ou mesmo supercondutores potenciais à temperatura ambiente, estão avançando à frente da física teórica no campo.

Portanto, por que funciona ainda é bastante misterioso. Ainda não há uma explicação completa de por que esses materiais são supercondutores, e ainda menos um método preditivo para prever qual material pode exibir essas características.

Até agora, a necessidade de condições de alta pressão ou hiper‑frio prejudicou gravemente o estudo desses materiais, pois era difícil testar algo quando a supercondutividade só ocorre em uma bigorna de diamante ou hélio líquido.

Manter condições mais fáceis deve dar muito mais margem de manobra para os cientistas estudarem esses materiais e modificá‑los.

Portanto, isso deixa muito espaço para melhorias, e uma melhor compreensão desses materiais, inclusive com a ajuda da IA, deve ajudar a avançar mais.

Isso também deve atrair mais pesquisadores trabalhando na área e mais empresas investindo orçamentos de P&D nesses projetos, acelerando o ritmo do progresso.

Aplicações Futuras

Os supercondutores de alta temperatura seriam um material maravilhoso imediato se fossem compreendidos o suficiente para sua fabricação em escala.

O primeiro efeito imediato seria diminuir o custo de equipamentos que já utilizam supercondutividade, como MRI, trens maglev, turbinas e geradores avançados, aceleradores de partículas, reatores de fusão experimental, etc.

Também tornaria possível tecnologias que até agora nunca poderiam ser realizadas ou eram proibitivamente caras devido às restrições técnicas dos supercondutores de baixa temperatura.

Isso inclui trens hyperloop, propulsores de massa para alcançar a órbita, fusão nuclear comercial, conexões de rede intercontinentais, etc. Cada uma dessas é uma tecnologia que alterará para sempre o caminho da civilização humana.

Líderes em Soluções de Supercondutividade

A AMSC é uma empresa que fornece soluções de energia para a rede elétrica, navios e energia eólica. Em geral, quanto mais faminto por energia ou massivo for um sistema, mais ele requer tecnologia supercondutora para evitar superaquecimento.

Apesar do nome, a ASMC fornece não apenas sistemas supercondutores, mas também, por exemplo, transmissões de engrenagens para turbinas eólicas.

A empresa está impulsionada por múltiplos fatores de crescimento, desde a tendência de eletrificação e digitalização (incluindo datacenters de IA), mas também a relocalização das capacidades de manufatura dos EUA e a necessidade de marinhas do mundo anglófono modernizarem‑se em resposta ao aumento dos riscos geopolíticos.

Fonte: American Superconductor Corporation [securities_stock_price_tag symbol="AMSC" exchange="NASDAQ"]

No segmento de fornecimento de energia, a AMSC tem observado um aumento constante nos pedidos. Isso foi impulsionado por fábricas de semicondutores que buscam proteção contra flutuações da rede elétrica, ajudando a rede a lidar com a natureza intermitente das renováveis, e por fornecimento de energia & controles em sites industriais.

Fonte: American Superconductor Corporation

No segmento de turbinas eólicas, a AMSC está principalmente ativa com o Sistema de Controle Elétrico (ECS). Historicamente, o ESC era um segmento forte para a empresa com turbinas eólicas de 2 MW, mas tem diminuído progressivamente. A AMSC busca uma recuperação graças ao novo design de turbina de 3 MW, com foco especial no mercado indiano.

Fonte: American Superconductor Corporation

Para navios militares, a ASMC fornece o “Contramedida Magnética de Minas de Supercondutor de Alta Temperatura da AMSC”, um sistema para alterar a assinatura magnética dos navios e protegê‑los de minas marítimas. Isso é vendido às marinhas dos EUA, Canadá e Reino Unido, com pedidos no valor de US$ 75 milhões até o momento.

No geral, a ASMC tem melhor desempenho ao aproveitar a tecnologia de supercondutores em aplicações de nicho viáveis hoje, enquanto provavelmente está pronta para implantar avanços adicionais no futuro. Também deve ser observado pelos investidores que a ação tem experimentado volatilidade extrema no passado, e os riscos devem ser calculados de acordo.

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Referência do Estudo:

^{1.Zhou, G., Lv, W., Wang, H. et al.(2025) Início da supercondutividade à pressão ambiente acima de 40 K em (La,Pr)3Ni2O7 Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08755-z}