NUS Descobre Material Sem Cobre com Supercondutividade de Alta Temperatura

O Potencial da Supercondutividade

Electricity is one of the most important technologies ever invented by mankind. In its usual form, it always deals with some level of electrical resistance, generating heat when an electric current circulates. This can have severe limitations for some applications requiring too powerful current or magnetic fields, as it would lead to any electrical system simply melting down.

Uma alternativa é a supercondutividade, um fenômeno onde a resistência elétrica cai a zero. No entanto, por muito tempo, só pôde ser observada em temperaturas ultra‑baixas, próximas do zero absoluto (0 K), ou cerca de -273 °C/-387 K.

Isso mudou com uma descoberta concedida com o Prêmio Nobel de Física em 1987: supercondutores de alta temperatura feitos de óxidos de cobre.

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

A supercondutividade será igualmente 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

Alta Temperatura Supercondutividade

Por enquanto, a exigência de baixa temperatura torna a supercondutividade economicamente viável apenas para aplicações de alto padrão: maglev, MRI, etc.

E embora seja cientificamente interessante, a supercondutividade sob alta pressão é relativamente inútil em termos de aplicações práticas.

Um grande progresso ocorreu recentemente no campo da supercondutividade que pode mudar a situação:

• 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 resfriamento por pressão (PQP).
• Camada camada de WSe₂ (tungstênio selênio) apareceu ser um bom candidato material para supercondutores de temperatura mais alta também.
• Outra nova classe de potenciais supercondutores, os nikelatos de camada dupla, pode ter sido também adicionada à lista este ano.
• Então surgiu o caso intrigante de LK-99(uma forma de apatita de chumbo substituída por cobre – CSLA), potencialmente um novo tipo de supercondutor de pressão ambiente e temperatura ambiente.
  • A alegação foi imediatamente contestada e criticada como um golpe ou um erro de medição, mas outros pesquisadores descobriram que pode haver algo acontecendo afinal.

Apesar dessas novas descobertas, em grande parte, a supercondutividade ainda é um fenômeno pouco compreendido, com muitas tentativas incertas de encontrar novos materiais com essa característica. Portanto, um quadro teórico melhor é necessário.

Uma peça do quebra‑cabeça foi encontrada em março de 2025, com uma melhor compreensão de quais são as possíveis temperaturas mais altas para a supercondutividade (Tc).

Outra é a criação, por pesquisadores da National University of Singapore, de um novo modelo teórico que já levou à descoberta de material supercondutor sem cobre. Essa conquista foi anunciada recentemente na prestigiosa publicação científica Nature¹, sob o título “Supercondutividade em massa próximo a 40 K em SmNiO2 dopado com lacunas sob pressão ambiente”.

Novo Modelo de Supercondutividade

Explicando a Supercondutividade

Os pesquisadores trabalharam no desenvolvimento de um novo modelo teórico explicando como a supercondutividade funciona. Este é um tópico complexo, que pode ser resumido mais simplesmente com alguns conceitos‑chave:

Pares de Cooper, ou dois elétrons ligados entre si por um efeito quântico, são um elemento chave para tornar um material supercondutor.

É a condensação dos pares de Cooper que cria a supercondutividade, pelo menos segundo os pesquisadores que explicaram a supercondutividade inicialmente (a teoria de Bardeen–Cooper–Schrieffer, ou teoria BCS), e que recebeu o Prêmio Nobel de Física de 1972 por essa ideia.

São os fônon, ou a vibração a nível quântico da rede do material, que impulsionam o emparelhamento de elétrons em pares de Cooper. Quando pares de Cooper suficientes se formam, isso permite o movimento dos elétrons através do material sem colisões, eliminando a resistência elétrica.

Fonte: Fiveable

Prevendo e Produzindo Novos Supercondutores

O novo modelo que prevê a formação de pares de Cooper ajuda o pesquisador a prever muitos supercondutores potenciais, incluindo muitos que não contêm átomos de cobre.

Eles então sintetizaram com sucesso um dos materiais previstos: óxido de samário‑európio‑cálcio‑níquel (Sm‑Eu‑Ca)NiO₂.

“Como previmos e projetamos, este óxido supercondutor sem cobre demonstra supercondutividade de alta temperatura sob pressão atmosférica ao nível do mar, sem necessidade de compressão adicional — assim como os óxidos de cobre.

Esta descoberta sugere que a supercondutividade de alta temperatura não convencional não é exclusiva do cobre, mas pode ser uma propriedade mais difundida entre os elementos da tabela periódica.

Dr. Stephen Lin Er Chow – Pesquisador na National University of Singapore

Eles também confirmaram resistência elétrica zero (supercondutividade) bem acima de 30 K neste composto. Isso não é apenas um novo material para experimentação, mas uma prova de que o modelo que usaram tem valor preditivo, possivelmente indicando que o outro material supercondutor previsto também pode funcionar. Esta é a primeira descoberta de um supercondutor de alta temperatura desse tipo desde a década de 1990.

Fonte: National University of Singapore

Zhaoyang Luo, estudante de doutorado da National University of Singapore, demonstrou a alta cristalinidade e a natureza de fase pura do material sintetizado usando microscopia eletrônica. Isso torna o novo material muito estável, sendo um bom candidato para potenciais aplicações industriais futuras.

“Esta é a primeira vez desde a descoberta premiada com Nobel que um óxido supercondutor de alta temperatura sem cobre foi encontrado funcionando sob pressão ambiente.

Além disso, este novo material é altamente estável sob condições ambientes, melhorando significativamente sua acessibilidade.

Pr. Ariando – Professor da a National University of Singapore

O método de produção do novo material também é bastante robusto, sem aparecimento de defeitos estruturais durante o processo, aumentando ainda mais o potencial para aplicações práticas.

Aplicações e Desenvolvimento Futuro

Agora que eles possuem um quadro teórico mais sólido, os pesquisadores podem tentar ajustar alguns parâmetros específicos dos materiais supercondutores. Notavelmente, eles mencionam características atômicas e moleculares como mudança de ocupação eletrônica e pressão hidrostática.

Isso poderia abrir caminho para tipos totalmente novos de supercondutores ou talvez até uma nova família de supercondutores com temperaturas operacionais ainda mais altas.

Qualquer supercondutor de temperatura mais alta que possa ser fabricado em escala pode ter dois impactos principais:

• Reduzir drasticamente o custo das tecnologias que atualmente utilizam supercondutores, democratizando seu uso, especialmente maglevs e MRIs.
• Abrir novos campos de uso, especialmente se a temperatura Tc alcançar um nível suficientemente alto para corresponder ao nitrogênio líquido (-196 °C / -320 °F), um refrigerante muito mais barato e fácil de produzir do que os atualmente usados para materiais supercondutores.
  • Essas novas aplicações poderiam incluir transmissão de energia, armazenamento de energia, lasers, navios, propulsão espacial & acesso à órbita (propulsores de massa), etc.

Esta observação tem implicações profundas tanto para a compreensão teórica quanto para a realização experimental de um escopo mais amplo de materiais supercondutores com aplicações práticas em eletrônica moderna,

Pr. Ariando – Professor da a National University of Singapore

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 data centers 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.

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 “Contra‑medida Magnética de Minas com 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 supercondutora 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 eles devem calcular os riscos adequadamente.

Últimas Notícias sobre a American Superconductor Corporation

Estudos Referenciados:

^{1. Chow, S.L.E., Luo, Z. & Ariando, (2025) Supercondutividade em massa próximo a 40 K em SmNiO dopado com lacunas2sob pressão ambiente. Nature. 20 de março de 2025. https&#58://doi.org/10.1038/s41586-025-08893-4}