Computação

Como a Impressão 3D Supercondutora Está Avançando a Computação Quântica

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Fabricação em Nanoescala: Construindo o Futuro Átomo por Átomo

As cientistas desenvolveram um domínio cada vez maior sobre o mundo material, espera‑se cada vez mais precisão em nosso processo de fabricação. De forjar metal de forma rudimentar em forjas, agora controlamos átomos individuais para formar sensores avançados, transistores, etc.

Outra consequência desse nível crescente de controle é a possibilidade de alterar fundamentalmente as propriedades de um material. Já estamos familiarizados com como uma fina camada de silício pode ser feita para “pensar” ao transformá‑la em um chip de computador.

Outras mudanças são possíveis, notavelmente conferindo aos materiais características naturais que nunca teriam espontaneamente na natureza. Uma forma de fazer isso é alterando sua estrutura em nível de nanoescala.

Cientistas do Instituto Max Planck (Alemanha), do Instituto de Tecnologias Eletrônicas Emergentes (Alemanha) e da Universidade de Viena (Áustria) descobriram que podem transformar um material em supercondutor ao mudar sua configuração 3D, construindo nanostruturas complexas.

Eles anunciaram sua descoberta na Advanced Function Material1, sob o título “Arquiteturas Nano Supercondutoras Tridimensionais Reconfiguráveis”.

Por que Nanostruturas 3D São Fundamentais para Quebrar os Limites da Tecnologia 2D

Muitos sistemas em nanoescala são projetados como folhas 2D simples, permitindo que os cientistas os manipulem com precisão.

No entanto, a extensão para três dimensões oferece uma oportunidade de superar limitações fundamentais e alcançar novas funcionalidades.

Por exemplo, limitações na miniaturização de semicondutores fizeram com que dispositivos 2D deixassem de seguir a Lei de Moore. Em vez disso, a indústria migrou para CMOS empilhado em 3D para maior densidade de dispositivos e interconectividade.

De forma semelhante, em óptica, metamateriais 3D oferecem novo controle sobre as propriedades da luz, como polarização de banda larga ou índices de refração negativos, cada um com amplas aplicações potenciais.

O mesmo agora é válido para condutores e supercondutores, com a criação de um processo que funciona como uma impressora nano 3D, construindo estruturas não em uma superfície plana, mas em 3D.

Efeitos Quânticos em Estruturas Supercondutoras 3D

Teorias de física de partículas quânticas já previram que estruturas 3D se comportariam de forma muito diferente das 2D. Isso é especialmente verdadeiro para supercondutores, materiais sem resistência elétrica, onde se esperava que estruturas 3D permitissem controle local sobre vórtices supercondutores.

A descoberta desse tipo de “vórtice magnético” recebeu o Prêmio Nobel de Física em 2003, sendo um avanço crucial na explicação de como a supercondutividade funciona.

A estruturação 3D de material supercondutor também deve criar fenômenos quânticos totalmente novos (como o “estado nodal em uma fita de Möbius supercondutora”) que os pesquisadores poderiam então usar para desenvolver aplicações práticas.

Como os Cientistas Construíram uma Nanoprinter 3D para Supercondutores

Os pesquisadores usaram deposição induzida por feixe de elétrons focado em 3D (3D FEBID), um método conhecido para construir nanostruturas 3D que não havia sido usado para materiais supercondutores até agora.

Eles construíram uma estrutura em forma de pirâmide com 4 filamentos nanoscópicos sustentando‑se mutuamente. É feita de tungstênio‑carbeto supercondutor (W‑C).

Eles então confirmaram que a estrutura apresenta uma transição supercondutora nítida em torno de 5 K (‑268 °C / ‑450 °F).

Eles então mediram que os vórtices podem propagar‑se ao longo da estrutura em um movimento 3D, levando a uma transferência de informação e voltagem de longo alcance. A estrutura 3D também controlava a forma dos vórtices.

Supercondutividade Reconfigurável com Campos Magnéticos

Ao mudar a direção de um campo magnético, a característica supercondutora poderia ser essencialmente ligada e desligada à vontade, devido à forma dos vórtices.

Isso permitiu a criação de uma estrutura 3D totalmente supercondutora (SC), apenas metade supercondutora, ou totalmente com resistência elétrica normal (N).

A possibilidade de criar diferentes estados de supercondutividade dentro da estrutura torna‑se ainda mais interessante, já que essas estruturas 3D podem ser construídas em série e ligadas entre si, usando um sistema chamado ligações fracas de Josephson.

“Descobrimos que é possível ligar e desligar o estado supercondutor em diferentes partes da nanostrutura tridimensional, simplesmente girando a estrutura em um campo magnético.

Dessa forma, conseguimos realizar um dispositivo supercondutor “reconfigurável”!”.

Claire Donnelly – Líder do Grupo Lise Meitner no MPI-CPfS

Isso abre caminho para a construção de montagens supercondutoras complexas de subcomponentes individuais, como pontes suspensas nanoscópicas.

 

 

Como os Supercondutores 3D Poderiam Revolucionar Sensores e Chips Quânticos

Embora extremamente impressionante, pode inicialmente ser um pouco obscuro como esse domínio da impressão 3D em nanoescala de material supercondutor pode ser usado em aplicações reais.

Primeiro, já se sabe que as ligações fracas de Josephson podem ser usadas para criar sensores de campo magnético ultra‑sensíveis. Anteriormente, tal sistema precisava ser incorporado ao design do filme fino 2D e era pré‑determinado. Com esse sistema reconfigurável, uma vantagem inerente trazida pela estrutura 3D é que medições muito mais precisas e controláveis podem ser implementadas.

Outro campo a beneficiar é a computação baseada em supercondutores, incluindo neuromórficos energeticamente eficientes e computação quântica. A maior interconectividade e complexidade oferecidas pelas geometrias 3D devem ajudar a criar chips de computação mais complexos e poderosos para esses sistemas.

Em última análise, isso poderia formar os blocos de construção de junções 3D multi‑terminais e arrays interconectados de ligações fracas reconfiguráveis. Juntos, esses devem mudar radicalmente a forma como um computador quântico pode ser construído, avançando além dos sistemas 2D atuais. Também devem ser muito mais flexíveis, já que o próprio hardware pode ser reconfigurado.

Investindo em Soluções de Supercondutividade

American Superconductor Corporation: Investindo em Supercondutividade no Mundo Real

AMSC Gráfico de preços

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, incluindo a tendência de eletrificação e digitalização (incluindo data centers de IA), a relocalização das capacidades de manufatura dos EUA, e a necessidade das Marinhas do mundo anglófono de se modernizarem 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.

A AMSC está principalmente ativa com Sistemas de Controle Elétrico (ECS) no segmento de turbinas eólicas. 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.

 

Para navios militares, a ASMC fornece o “Contra‑medida Magnética de Minas de Supercondutor de Alta Temperatura da AMSC”, um sistema para alterar a assinatura magnética dos navios e protegê‑los contra 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 se destaca em aproveitar a tecnologia supercondutora em aplicações de nicho viáveis hoje, ao mesmo tempo que provavelmente está pronta para implantar avanços adicionais no futuro.

Os investidores também devem observar que a ação tem experimentado volatilidade extrema no passado, e devem calcular os riscos adequadamente.

Últimas American Superconductor Corporation (AMSC) Notícias de Ações e Desenvolvimentos

Estudos Referenciados:

1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et al.Engenharia de fase estruturalmente complexa permite ligas de Al tolerantes ao hidrogênio. Nature641, 358–364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2

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Jonathan é um ex-pesquisador bioquímico que trabalhou em análise genética e ensaios clínicos. Ele agora é um analista de ações e escritor de finanças com foco em inovação, ciclos de mercado e geopolítica em sua publicação The Eurasian Century.