Explicando A Matéria: Supercondutores

            O Explicando A Matéria dessa semana fala de uma classe de materiais muito importante: os supercondutores.
        A supercondutividade é um fenômeno elétrico, que envolve considerações magnéticas, que ocorre para alguns materiais específicos. Quando um material deste tipo é esfriado a temperaturas suficientemente baixas, sua resistividade cai bruscamente desde um valor finito até um valor muito próximo a zero, permanecendo nesse valor na condição de resfriamento. Os materiais que apresentam esse comportamento são chamados de supercondutores, e a temperatura na qual eles atingem a supercondutividade é denominado de temperatura crítica (Tc). Em temperaturas abaixo de Tc, o estado supercondutor deixará de existir se aplicado um campo magnético suficientemente grande, denominado campo crítico (Hc), que diminui com o aumento da temperatura. Existe também uma densidade de corrente aplicada crítica (Jc) abaixo da qual um material é supercondutor.
        A supercondutividade ocorre por meio das interações de atração entre pares de elétrons condutores, onde os movimentos desses pares de elétrons emparelhados tornam-se coordenados, de modo que a dispersão por vibrações térmicas e por átomos de impurezas é altamente ineficiente. Com isso, a resistividade é nula, já que é proporcional à e dispersão dos elétrons.
        Existem dois tipos de materiais supercondutores, que são classificados de acordo com sua resposta magnética. Os materiais do tipo I, enquanto estão no seu estado supercondutor, são completamente diamagnéticos. Isso significa que todo o campo magnético aplicado será excluído do material, fenômeno conhecido como efeito Meissner. Com o aumento do campo magnético, o material permanece diamagnético até que seja alcançado o campo magnético crítico Hc. Nesse ponto, a condução torna-se normal e acontece a penetração completa do fluxo magnético.
        Os supercondutores do tipo II são completamente diamagnéticos quando o campo aplicado é pequeno e a exclusão do campo é total, porém a transição do estado supercondutor para normal ocorre gradualmente e entre o campo crítico inferior e o campo critico superior (Hc1 e Hc2, respectivamente). As linhas do fluxo magnético começam a penetrar no interior do material em Hc1, e conforme aumenta-se o campo magnético aplicado, essa penetração continua, estando completa em Hc2. Entre Hc1 e Hc2, o material está em estado misto, apresentando regiões normais e supercondutoras. Geralmente, este tipo de material apresenta temperatura crítica e campo magnético crítico mais elevados, de forma que o estado de supercondutividade é mais facilmente atingido.
        Os três supercondutores mais utilizados são o nióbio-zircônio (Nb-Zr), as ligas nióbio-titânio (Nb-Ti) e o composto intermetálico nióbio-estanho (Nb3Sn). Há também materiais cerâmicos supercondutores que vem sendo desenvolvidos, com temperaturas críticas extremamente elevadas, acima de 77K, com elevado potencial tecnológico uma vez que permitem a utilização de nitrogênio líquido como meio refrigerante, mais barato em comparação com hidrogênio líquido, utilizado para outros tipos de supercondutores.
        Apesar das diversas vantagens e aplicações de supercondutores, podendo ser utilizados em ímãs avançados, trens de alta velocidade com levitação magnética e outros exemplos, esse tipo de material apresenta também desvantagens e dificuldades para sua ampla aplicação, sendo o principal obstáculo a dificuldade de manter temperaturas baixas durante o uso.