Computação
Como a impressão 3D supercondutora está avançando na computação quântica
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Fabricação em nanoescala: construindo o futuro átomo por átomo
À medida que os cientistas desenvolveram um domínio crescente sobre o mundo material, espera-se cada vez mais precisão em nossos processos de fabricação. Da forja rudimentar de metal em forjas, agora controlamos átomos individuais para formar sensores, transistores, etc. avançados.
Outra consequência desse nível crescente de controle é a possibilidade de alterar fundamentalmente as propriedades de um material. Agora sabemos como uma fina camada de silício pode ser transformada em um chip de computador, fazendo-a "pensar".
Outras mudanças são possíveis, notadamente conferindo aos materiais características naturais que eles jamais teriam espontaneamente na natureza. Uma maneira de fazer isso é alterando sua estrutura em 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 um supercondutor alterando sua configuração 3D, construindo nanoestruturas complexas.
Eles anunciaram sua descoberta no Advanced Function Material1, Sob o título "Nanoarquiteturas supercondutoras tridimensionais reconfiguráveis".
Por que as nanoestruturas 3D são essenciais para quebrar os limites da tecnologia 2D
Muitos sistemas em nanoescala são projetados como simples folhas 2D, permitindo que os cientistas os manipulem com precisão.
Entretanto, a extensão para três dimensões oferece uma oportunidade de superar limitações fundamentais e alcançar novas funcionalidades.
Por exemplo, as limitações na miniaturização de semicondutores fizeram com que os dispositivos 2D deixassem de seguir a Lei de Moore. Em vez disso, a indústria migrou para CMOS empilhados em 3D para maior densidade e interconectividade de dispositivos.
Da mesma forma, na óptica, os metamateriais 3D oferecem um novo controle sobre as propriedades da luz, como polarização de banda larga ou índices de refração negativos, cada um com seu próprio amplo potencial de aplicações.
O mesmo acontece agora com condutores e supercondutores, com a construção de um processo que funciona como uma nano impressora 3D, construindo estruturas não em uma superfície plana, mas em 3D.
Efeitos quânticos em estruturas supercondutoras 3D
Teorias da física quântica de partículas já previram que estruturas tridimensionais se comportariam de forma muito diferente das bidimensionais. Isso é especialmente verdadeiro para supercondutores, materiais sem resistência elétrica, onde se esperava que estruturas tridimensionais permitissem controle local sobre vórtices supercondutores.
A descoberta desse tipo de “vórtice magnético” rendeu o Prêmio Nobel de Física em 2003, o que foi um avanço fundamental para explicar como a supercondutividade funciona.
Fonte: Prêmio Nobel
A estruturação 3D do material supercondutor também deve criar fenômenos quânticos inteiramente novos (como o “estado nodal em uma fita de Möbius supercondutora“) que os pesquisadores poderiam então usar para desenvolver aplicações práticas.
Como cientistas construíram uma nanoimpressora 3D para supercondutores
Os pesquisadores usaram deposição induzida por feixe de elétrons focalizado em 3D (3D FEBID), um método conhecido para construção de nanoestruturas em 3D que não havia sido usado para materiais supercondutores até agora.
Eles construíram uma estrutura em forma de pirâmide com 4 filamentos nanoscópicos que se apoiam mutuamente. É feita de carboneto de tungstênio (WC) supercondutor.
Fonte: Material de Função Avançada
Eles então confirmaram que a estrutura exibe uma transição supercondutora acentuada em torno de 5°K (-268°C / -450°F).
Eles então mediram que os vórtices podem se propagar ao longo da estrutura em um movimento tridimensional, levando a uma transferência de informações e voltagem de longo alcance. A estrutura tridimensional também controlava o formato dos vórtices.
Fonte: Material de Função Avançada
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 ao formato dos vórtices.
Fonte: Material de Função Avançada
Isso permitiu a criação de uma estrutura 3D totalmente supercondutora (SC), apenas metade supercondutora ou totalmente com resistência elétrica normal (N).
Fonte: Material de Função Avançada
A possibilidade de criar diferentes estados de supercondutividade dentro da estrutura torna-se mais interessante à medida que essas estruturas 3D podem ser construídas em série e interligadas, usando um sistema chamado Elos fracos de Josephson.
“Descobrimos que é possível ligar e desligar o estado supercondutor em diferentes partes da nanoestrutura tridimensional, simplesmente girando a estrutura em um campo magnético.
Dessa forma, conseguimos realizar um dispositivo supercondutor “reconfigurável!”.
Isso abre caminho para a construção de conjuntos supercondutores complexos de subcomponentes individuais, como pontes suspensas nanoscópicas.
Fonte: Material de Função Avançada
Como os supercondutores 3D podem revolucionar sensores e chips quânticos
Embora extremamente impressionante, a princípio pode não estar muito claro como esse domínio da impressão 3D em nanoescala de materiais supercondutores pode ser usado em aplicações do mundo real.
Em primeiro lugar, já se sabe que os elos fracos de Josephson podem ser usados para criar sensores de campo magnético ultrassensíveis. Anteriormente, tal sistema precisava ser incorporado ao projeto do filme fino bidimensional e pré-determinado. Com este sistema reconfigurável, uma vantagem inerente trazida pela estrutura tridimensional é que medições muito mais precisas e controláveis podem ser implementadas.
Outro campo que pode se 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 tridimensionais multiterminais e matrizes interconectadas de elos fracos reconfiguráveis. Juntos, esses blocos devem mudar radicalmente a forma como um computador quântico pode ser construído, indo além dos sistemas bidimensionais atuais. Eles 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 )
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 um sistema é, mais ele requer tecnologia supercondutora para evitar superaquecimento.
Apesar do nome, a ASMC fornece não apenas sistemas supercondutores, mas também, por exemplo, sistemas de transmissão de engrenagens para turbinas eólicas.
A empresa está impulsionando vários motores de crescimento, incluindo a tendência de eletrificação e digitalização (incluindo data centers de IA), a realocação das capacidades de fabricação dos EUA e a necessidade das Marinhas da Anglosfera se modernizarem em resposta aos crescentes riscos geopolíticos.
No segmento de fornecimento de energia, a AMSC viu um aumento constante nos pedidos. Isso foi impulsionado por fábricas de semicondutores que buscavam proteção contra flutuações da rede elétrica, ajudando a rede a lidar com a natureza intermitente das energias renováveis e fornecimento de energia e controles em locais industriais.
A AMSC atua principalmente com Sistemas de Controle Elétrico (ECS) no segmento de turbinas eólicas. Historicamente, o ESC era um segmento forte para a empresa com as turbinas eólicas de 2 MW, mas tem declinado progressivamente. A AMSC busca uma recuperação graças ao novo projeto da turbina de 3 MW, com foco especial no mercado indiano.
Para navios militares, a ASMC fornece o "AMSC's High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure", um sistema que altera a assinatura magnética dos navios para protegê-los de minas marítimas. Este sistema é vendido para as marinhas dos EUA, Canadá e Reino Unido, com pedidos no valor de US$ 75 milhões até o momento.
No geral, a ASMC é melhor em alavancar a tecnologia de supercondutores em aplicações de nicho que são viáveis hoje, estando provavelmente pronta para implementar mais avanços no futuro.
Os investidores também devem observar que as ações passaram por extrema volatilidade no passado e devem calcular os riscos adequadamente.
Notícias recentes Corporação Americana de Supercondutores (AMSC) Notícias e desenvolvimentos de ações
Estudos referenciados:
1.Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et ai.A engenharia de fases estruturalmente complexa permite ligas de Al tolerantes ao hidrogênio. Natureza641, 358 – 364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2
