Supercondutividade – Temperatura Crítica

Supercondutividade – Temperatura Crítica

A supercondutividade é um fenômeno distinto da condutividade comum. Enquanto os melhores condutores normais, como prata e cobre, não podem se tornar supercondutores a qualquer temperatura, os supercondutores cerâmicos modernos são, na verdade, bons isolantes quando não estão em temperaturas suficientemente baixas para estarem em estado supercondutor. A relação entre supercondutividade e baixas temperaturas é fundamental.

Para que um material se torne supercondutor, ele precisa ser resfriado abaixo de uma temperatura crítica conhecida como temperatura de transição supercondutora ou temperatura crítica (T_c). Esta temperatura de transição varia para diferentes materiais supercondutores e pode ir de poucos Kelvin (K) a várias centenas de K. A temperaturas baixas, as vibrações atômicas em um material diminuem, reduzindo os impedimentos ao fluxo de elétrons. Isso leva à formação de pares de Cooper, que são pares de elétrons ligados pelas vibrações da rede cristalina.

Em um metal normal, os elétrons enfrentam resistência ao colidirem com os átomos na estrutura de rede do material, mas em um supercondutor, os pares de Cooper se movem pela estrutura da rede sem resistência.

Tipos de Supercondutores

Os supercondutores podem ser classificados em dois tipos principais:

• Supercondutores do Tipo I: Possuem um único campo magnético crítico. Abaixo dele, exibem condutividade perfeita e acima dele, perdem suas propriedades supercondutoras abruptamente. São também chamados de “supercondutores moles”. Exemplos incluem mercúrio, chumbo e estanho.
• Supercondutores do Tipo II: Têm dois campos magnéticos críticos. Entre eles, exibem um estado misto onde apenas algumas partes do material são supercondutoras. São conhecidos como “supercondutores duros”. Exemplos incluem nióbio-titânio, nióbio-estanho e YBCO (óxido de cobre bário ítrio). São mais utilizados em aplicações práticas, pois operam em campos magnéticos e temperaturas mais altos, mantendo suas propriedades supercondutoras na presença de campos magnéticos fortes, essencial para aplicações como máquinas de ressonância magnética e aceleradores de partículas.

Além desses dois tipos principais, existem supercondutores não convencionais que não se enquadram na teoria BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer) de supercondutividade, incluindo supercondutores de alta temperatura e supercondutores de férmions pesados.

Temperatura Crítica

A temperatura crítica (T_c) é um parâmetro chave para supercondutores, sendo a temperatura abaixo da qual o material exibe resistência elétrica zero e diamagnetismo perfeito. Para supercondutores convencionais, como Nb₃Sn e NbTi, a temperatura crítica é relativamente baixa, variando de cerca de 9 K (-264 °C) a 18 K (-255 °C), dependendo do material e das condições da amostra. Em contraste, supercondutores de alta temperatura, como cupratos e supercondutores à base de ferro, têm temperaturas críticas muito mais altas, variando de cerca de 30 K (-243 °C) a 138 K (-135 °C) para o material com T_c recorde HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+δ.

Supercondutores – Materiais

Aqui está uma tabela de 10 supercondutores com suas características chave: