O que são materiais supercondutores? Entenda para que servem

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Materiais supercondutores ocupam um lugar central na ciência e no desenvolvimento de tecnologias de ponta. Eles se destacam por uma propriedade extraordinária: a capacidade de conduzir eletricidade sem qualquer perda de energia. 

Neste artigo, você vai entender o que são os supercondutores, como funcionam e para que servem, com aplicações que vão de equipamentos médicos e sistemas de transporte a instrumentos científicos de altíssima precisão.

O que são materiais supercondutores

Materiais supercondutores são aqueles que, quando resfriados abaixo de uma determinada temperatura crítica, passam a conduzir corrente elétrica sem resistência. Na prática, isso significa que a eletricidade flui sem dissipação de energia em forma de calor. 

Além disso, esses materiais expulsam campos magnéticos do seu interior, fenômeno conhecido como efeito Meissner, que permite aplicações como a levitação magnética.

Esse comportamento não pode ser explicado apenas pelas leis clássicas da eletricidade. A supercondutividade é um fenômeno da física quântica, no qual os elétrons passam a se mover de forma coletiva e altamente organizada.

Como a supercondutividade funciona

A supercondutividade surge quando o material atinge sua temperatura crítica. Abaixo desse ponto, ocorre uma transição abrupta: a resistência elétrica cai para zero. 

Diferente de um condutor comum, no qual sempre há perdas, a corrente elétrica em um supercondutor pode persistir indefinidamente sem fonte externa de energia.

Outro aspecto essencial é a expulsão dos campos magnéticos. O material não apenas impede a penetração do campo, como também pode interagir com ele de forma controlada, o que abre caminho para aplicações tecnológicas sofisticadas.

História e descoberta dos supercondutores

A supercondutividade foi descoberta em 1911 pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes. Ao estudar o comportamento do mercúrio resfriado a temperaturas extremamente baixas, próximas de 4 Kelvin, ele observou o desaparecimento total da resistência elétrica. Esse avanço só foi possível graças ao uso do hélio líquido, que permitiu alcançar temperaturas criogênicas.

Durante décadas, a supercondutividade permaneceu restrita a materiais que exigiam resfriamento extremo, o que limitava suas aplicações práticas.

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Classificação dos materiais supercondutores

Supercondutores do tipo I

Os supercondutores do tipo I apresentam um único campo magnético crítico. Abaixo desse limite, expulsam totalmente o campo magnético. Eles costumam ser elementos químicos puros, como mercúrio e chumbo, e são pouco usados em aplicações industriais.

Supercondutores do tipo II

Os do tipo II possuem dois campos críticos e permitem a penetração parcial do campo magnético na forma de vórtices. Esse comportamento torna esses materiais mais estáveis e adequados para aplicações tecnológicas. Ligas metálicas e cerâmicas entram nessa categoria.

Supercondutores de baixa e alta temperatura

Os supercondutores de baixa temperatura operam abaixo de 30 kelvin e exigem hélio líquido para resfriamento. Já os de alta temperatura funcionam acima desse limite e podem usar nitrogênio líquido, que é mais barato e fácil de manusear. Cerâmicas à base de cobre, como o YBCO, se destacam nesse grupo.

Principais aplicações dos supercondutores

Equipamentos médicos e científicos

A aplicação mais conhecida está na ressonância magnética, que utiliza ímãs supercondutores para gerar imagens detalhadas do corpo humano sem radiação. Aceleradores de partículas, como os usados em pesquisas de física de ponta, também dependem desses materiais para controlar feixes com precisão.

Transmissão e armazenamento de energia

Cabos supercondutores permitem a transmissão de eletricidade com perdas praticamente nulas e alta capacidade em espaços reduzidos. Sistemas de armazenamento de energia magnética, conhecidos como SMES, usam supercondutores para liberar energia de forma rápida e eficiente.

Transporte por levitação magnética

Trens maglev utilizam supercondutores para levitar sobre os trilhos, reduzindo o atrito e permitindo velocidades muito superiores às dos trens convencionais. Essa tecnologia já opera em escala limitada, mas ainda enfrenta desafios de custo.

Eletrônica e computação

Supercondutores viabilizam sensores extremamente sensíveis, como os dispositivos SQUID, usados em medicina e geofísica. Eles também são a base de circuitos ultrarrápidos e dos qubits supercondutores, uma das principais plataformas da computação quântica.