Recentemente, um grupo de três cientistas sul-coreanos afirmou ter alcançado um feito que tem sido buscado pela física ao longo do último século: a descoberta de um supercondutor revolucionário que opera em temperatura ambiente e sob pressão atmosférica normal.
A novidade atraiu grande atenção após o Centro de Pesquisa de Energia Quântica da Coreia do Sul publicar o achado em servidores de pré-impressão. Contudo, o estudo não havia sido revisado por pares e nem validado por outros especialistas da área. Após uma série de testes e tentativas de replicação, ficou confirmado que o material chamado LK-99 não possui as capacidades de supercondução que os primeiros estudos indicaram.
Em um cenário em que os cientistas sul-coreanos estivessem corretos, essa descoberta poderia até mesmo render-lhes um Prêmio Nobel de Física, porém, evidências apontavam para algo que não estava completamente correto. Um artigo publicado neste mês na revista Nature detalha a razão por trás dos resultados iniciais obtidos com o LK-99, veja os detalhes a seguir.
Por que a descoberta de um supercondutor à temperatura ambiente é tão relevante?
Antes de compreendermos o que deu errado nos estudos dos cientistas sul-coreanos, é fundamental entender o que causou toda a empolgação na comunidade científica. De acordo com o Departamento Federal de Estatísticas, quando a corrente elétrica flui por um condutor, ele aquece, levando à resistência elétrica, o que resulta em perdas de cerca de 5,6% da eletricidade gerada. No entanto, existem materiais que, sob certas condições, não apresentam resistência elétrica – são os supercondutores.
Normalmente, os supercondutores perdem sua resistência elétrica em condições de alta pressão ou temperaturas extremamente baixas. Além disso, eles são conhecidos por exibir um fenômeno chamado “levitação”, no qual campos magnéticos são repelidos quando há passagem de corrente elétrica. É possível ver esse efeito em imagens e vídeos de ímãs levitando próximos a supercondutores.
Portanto, a possibilidade de um material exibir supercondutividade em temperatura ambiente teria um impacto crucial, reduzindo perdas energéticas e oferecendo aplicações significativas em tecnologia, especialmente na criação de componentes para dispositivos eletrônicos, na indústria de energia e no setor de transporte, incluindo motores elétricos e trens Maglev. Além disso, há a perspectiva de aplicações usando levitação magnética. Por esses motivos, a descoberta de um supercondutor sem resistência elétrica em temperatura ambiente é altamente empolgante para a indústria física e tecnológica.
Então, o que deu errado com o LK-99?
O grupo sul-coreano liderado por Sukbae Lee submeteu um artigo alegando ter encontrado um material com propriedades supercondutoras em temperaturas e pressões ambientes. Esse material, denominado LK-99 – composto de cobre, chumbo, fósforo e oxigênio -, é uma estrutura modificada de apatita de chumbo. Todos os supercondutores previamente confirmados operam somente em temperaturas extremamente baixas e sob pressões intensas.
No artigo, os pesquisadores afirmaram ter identificado várias propriedades supercondutoras no LK-99, como ausência de resistência elétrica, campo magnético crítico e efeito Meissner. Esse efeito ocorre devido à diminuição de volume, gerando tensão interna no material.
A afirmação dessa descoberta rapidamente chamou a atenção do público e de pesquisadores interessados na área, alguns dos quais tentaram replicar os resultados do LK-99. Contudo, após diversas tentativas de replicação realizadas por cientistas de vários países, a descoberta foi desmentida. Evidências foram apresentadas, demonstrando que o material não exibe propriedades supercondutoras, e as características reais do material foram esclarecidas.
Estudos como os conduzidos por Inna Vishik, especialista em matéria condensada da Universidade da Califórnia, revelaram que impurezas presentes no material – particularmente o sulfeto de cobre – foram responsáveis por quedas acentuadas em sua resistividade elétrica e por um efeito de levitação parcial quando próximo a um ímã, características semelhantes às exibidas por supercondutores.
Os pesquisadores sul-coreanos notaram a temperatura específica na qual o LK-99 apresentava uma queda de dez vezes na resistividade: 104,8 °C. Após investigações, Prashant Jain, químico da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e especialista em sulfeto de cobre, lembrou-se de que o Cu2S passa por uma transição de fase a 104 °C. Abaixo dessa temperatura, a resistividade do Cu2S exposto ao ar diminui drasticamente – um padrão quase idêntico à suposta transição de fase supercondutora do LK-99.
Segundo os pesquisadores, a reação usada para sintetizar o LK-99 empregava uma proporção desequilibrada. Para cada parte de cristal de fosfato de chumbo dopado com cobre – o LK-99 puro -, eram produzidas 17 partes de cobre e 5 partes de enxofre. Esses resíduos levaram à formação de inúmeras impurezas, especialmente o sulfeto de cobre (Cu2S), que foi relatado pela equipe sul-coreana como presente em sua amostra.
Foram testadas duas amostras: a primeira aquecida a vácuo, que resultou em um teor de 5% de Cu2S, e a segunda exposta ao ar, resultando em um teor de 70% de Cu2S. A resistividade da primeira amostra aumentou gradualmente à medida que esfriava, assim como nas amostras de outras tentativas de replicação. No entanto, a resistividade da segunda amostra caiu próximo a 112 °C (385 K), coincidindo de perto com as observações da equipe sul-coreana.
Quando livres das impurezas, o LK-99 não demonstrou propriedades supercondutoras, mas sim características isolantes, com resistência na ordem de milhões de ohms, uma magnitude alta demais para ser testada por meio dos métodos convencionais de condutividade. Ele também exibiu um fraco magnetismo ferromagnético e diamagnetismo, embora insuficientes para causar levitação parcial. Assim, a equipe concluiu que a presença de supercondutividade no LK-99 foi, na verdade, induzida pelas impurezas de Cu2S, as quais estão ausentes na estrutura cristalina original.