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Trabalho CDM - Supercondutores

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SUPERCONDUTORES
Genericamente falando, trata-se de uma propriedade física de característica intrínseca de certos materiais, que quando resfriados a temperaturas extremamente baixas, tendem a conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas. 
O fenômeno foi descoberto em 1911 pelo físico holandês Heike Kammerlingh Onnes (Groningen, 21/09/1853 — Leiden, 21/02/1926) em seu laboratório, em Leiden. Essa descoberta só pode acontecer em função de outro trabalho deste mesmo físico. Em 1908, Onnes conseguiu liquefazer o hélio resfriando algumas amostras a uma temperatura de 1 K. Somente a partir dos seus trabalhos com o elemento hélio, Onnes foi capaz de chegar à descoberta do material supercondutor. Heike estava pesquisando as propriedades de diversos metais em temperaturas extremamente baixas, colocando o material no banho de hélio líquido e a descoberta da supercondutividade aconteceu por acaso, quando, em um desses experimentos, Onnes observou que a resistência do metal mercúrio caía inesperadamente a zero quando se chegava à temperatura de 4 K (-269,15°C). O fato de desaparecer a resistência elétrica do material, originou uma nova descoberta que deu origem ao conceito atualmente conhecido como supercondutividade. 
Entretanto, para um material ser considerado supercondutor, é necessário apresentar, simultaneamente, duas propriedades: baixíssima (quase nula) resistência à passagem de corrente elétrica e diamagnetismo perfeito. Esta última propriedade é definida como o estado em que acontece a expulsão do interior do material (parcial ou completa) do campo magnético aplicado externamente. É conhecida como efeito Meissner-Hochsenfeld, ou, simplesmente, efeito Meissner. 
Quando o material supercondutor é esfriado, ele apresenta essas duas propriedades a partir da denominada temperatura crítica (TC), na qual o material transiciona do estado normal para o estado supercondutor. As diferentes aplicações dos supercondutores estão limitadas basicamente pelo valor de TC, pelo valor do campo crítico (HC) e pela densidade de corrente crítica (JC), definidos como os valores de campo e corrente que destroem o estado supercondutor quando esfriado abaixo de TC. Esses três parâmetros definem uma superfície tridimensional dentro da qual o material se encontrará no estado supercondutor, e fora, no seu estado normal.
O efeito Meissner-Hochsenfeld trata-se do Fenômeno físico descoberto em 1933 pelos físicos alemães Walther Meissner (16/12/1882 — 15/11/1974) e Robert Ochsenfeld (18/05/1901 – 05/12/1993) que, sintetizando o que fora mencionado no parágrafo anterior, ocorre quando um campo magnético é expulso de um supercondutor. Este efeito surge em supercondutores quando estes são resfriados abaixo de sua temperatura crítica fazendo com que o material possua as propriedades supercondutoras.
	
	Em 1950, um cientista russo chamado Alexei Abrikosov classificou e dividiu os supercondutores em dois tipos: os do Tipo I (se sua transição de fase for de primeira ordem) e os do Tipo II (se sua transição de fase for de segunda ordem). Os supercondutores Tipo I são conhecidos como “supercondutores macios” exigem temperaturas mais baixas para se tornarem supercondutores. Eles são caracterizados por uma transição muito estreita a um estado de supercondutividade. Curiosamente, três dos melhores condutores, o cobre, a prata e o ouro não encabeçam a lista dos supercondutores. Abaixo, encontramos alguns materiais do Tipo I com suas respectivas Temperaturas Críticas:
Lead – 7.2 K
Lanthanum – 4.9 K
Tantalum – 4.47 K
Bi2La2CuO6 9K (sic)
Ca1-xSrxCuO2 110 K (Highest-Tc 4-element compound)
TmBa2Cu3O7 101 K (Highest-Tc 1-2-3)
	
Os do Tipo II, conhecidos como “supercondutores duros”, constituídos de combinações de ligas metálicas, têm Temperatura Crítica mais elevadas que os do Tipo I, fato este que ainda não é completamente entendido pelos pesquisadores. Dentre tais supercondutores, alguns estão abaixo mencionados:
HgBa2Ca2Cu3O8 133 K
(record-holder)
 HgBa2CaCu2O6 123 K
 HgBa2CuO4+ 94-98 K
Tl2Ba2Ca2Cu3O10 125-127 K
 (Tl.5Pb.5)Sr2Ca2Cu3O9 120 K
 TlBa2Ca3Cu4O11 112 K
 Tl2Ba2Ca3Cu4O12 112 K
 TlBa2Ca2Cu3O9+ 110 K
 TlBa2Ca4Cu5O13 107 K
 Tl2Ba2Ca4Cu5O14 105 K
 TlBa2CaCu2O7+ 103 K
 Tl2Ba2CaCu2O8 99 K
 Tl2Ba2CuO6 70 K
 (Tl,Pb)(CO3)Sr4Cu2O7 70 K
 Bi2Sr2Ca2Cu3O10 110 K
 Bi2Sr2CaCu2O9 110 K
 Bi2Sr2CaCu2O8 80 K
 Bi2Sr2(Gd,Ce)2Cu2O10 34 K
	Ainda em 1950, descobriu-se que a temperatura crítica de um supercondutor depende da massa isotrópica dos elementos constituintes. Essa descoberta foi importante, pois apontou a interação eletron-fônon como mecanismo microscópico responsável pela supercondutividade.
Mas apenas em 1957 os cientistas começaram a desvendar realmente os mistérios da supercondutividade de fato. Três cientistas americanos da Universidade de Illinois, John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer, desenvolveram um modelo que começou a mostrar como é o comportamento real dos supercondutores. Este modelo foi construído com alicerces nas ideias da mecânica quântica, e sugere que os elétrons de um supercondutor tendem a se condensar formando pares de Cooper, constituindo um estado quântico de baixa energia onde conseguem fluir coletivamente e de forma coerente. Os três físicos ganharam o prêmio Nobel em 1972, e sua teoria hoje é conhecida como teoria BCS, a inicial de seus respectivos nomes.
A teoria de BCS diz que os elétrons formam pares em um supercondutor, chamados de pares de Cooper após Cooper Leon. Enquanto o primeiro elétron no par corre através do supercondutor, atrai os núcleos dos átomos no supercondutor para ele. O segundo elétron move-se para frente porque é atraído aos núcleos positivamente carregados na parte dianteira. Assim, os dois elétrons permanecem juntos em pares enquanto correm através do supercondutor. 
Esta interação entre os dois elétrons ajuda-lhes a fluir sem resistência através do material de supercondutividade.
A esses materiais que não apresentam nenhuma resistência ao fluxo de eletricidade foi dado o nome de supercondutores, esta descoberta representa uma das últimas grandes descobertas científicas. Os limites da supercondutividade ainda não foram alcançados, mas as teorias que explicam o comportamento dos supercondutores parecem estar sob constante revisão.
Numa série de descobertas a partir de 1985, os cientistas descobriram novos materiais que se tornavam supercondutores a temperaturas muito mais elevadas. Primeiramente, pesquisadores do laboratório da IBM em Zurique, na Suíça, chefiados por Karl Alex Müller e
Johannes Georg Bednorz, descobriram um óxido de cobre que se tornava supercondutor utilizando outros óxidos cerâmicos baseados em uma grande variedade de elementos e materiais das terras raras.
Em 1987, uma equipe chefiada por Paul Chu, na Universidade de Houston, no Texas, usou um elemento das terras raras, o ítrio, num composto que se tornou supercondutor a 98 Kelvin, uma temperatura em que o nitrogênio líquido - muito mais barato que o hélio - podia ser usado para o resfriamento. Pouco tempo depois surgiu uma corrente de pesquisas em todo mundo para descobrir materiais supercondutores a temperaturas cada vez mais altas. Concomitantemente, empresas como a IBM anunciaram os primeiros aparelhos de interferência do quantum superconduzido (superconducting quantum interference device), os SQUID'S, que conseguem detectar o campo magnético produzido pela atividade cerebral. É possível, assim, identificar quais partes do cérebro regem determinado sentido humano, como a audição, por exemplo.
Em 1993, foi alcançado um recorde que se mantém até hoje: o físico Michael Laguës, da Escola Superior de Física e Química Industrial de Paris, conseguiu produzir um composto de estrôncio bismuto, cobre e cálcio que se torna supercondutor a meros -23º C, um salto de 117ºC acima do último recorde, que pertencia ao físico Paul Chu.
CONCLUSÃOTanto os materiais semicondutores quanto os supercondutores desempenham um papel importantíssimo no que tange a evolução das tecnologias criadas pelo homem. O que faz desse estudo ser fascinante é que ele nos permite conhecer novos mecanismos básicos da natureza, assim como utilizar suas propriedades para importantes aplicações em equipamentos científicos e tecnológicos nas mais diversas áreas.
Os supercondutores, por exemplo, ao conseguir a obtenção de temperaturas de transição próximas da temperatura ambiente, obter-se-á um impacto gigantesco na nossa civilização. Todos os meios de transporte por terra que hoje temos à disposição se tornarão obsoletos quando alcançarmos a referida temperatura próxima da temperatura ambiente. 
Os materiais semicondutores, se bem utilizados e aprimorados, serão excelentes recursos para aproveitamento de energias limpas e renováveis, uma vez que sustentabilidade é uma das principais diretrizes para o nosso futuro. 
Estatística recente afirma que hoje extraímos uma quantidade de recursos naturais da Terra 20% acima da sua capacidade de recuperação. Com o desenvolvimento dessas tecnologias, poderíamos, em longo prazo, obviamente, reduzir este índice agravante de impacto ambiental que hoje cometemos. Seguramente gastaríamos menos energia e, portanto, seria desnecessária tamanha extração de recursos da Terra para a nossa subsistência e o nosso conforto.
Tecnologias inteligentes garantirão um futuro harmônico entre homem e natureza, de modo a preservarmos tanto o nosso planeta, quanto a nossa própria existência e a tecnologia dos semicondutores e supercondutores é o tipo de tecnologia inteligente que o homem precisa desenvolver para evoluir sem causar maiores impactos à Terra. Se soubermos utilizar com sabedoria os recursos naturais que o planeta nos provém, viveremos uma vida mais próspera e esse tipo de tecnologia é imprescindível para que isso ocorra.
"A natureza pode suprir todas as necessidades do homem, menos a sua ganância”.
(Mahatma Gandhi)

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