Superconductivity of Tellurium Polyhydride with Tc above 90K

Por décadas, cientistas têm em busca de um material que possa conduzir eletricidade sem qualquer perda de energia, um estado conhecido como supercondutividade. Embora este fenômeno seja bem conhecido, ele geralmente requer temperaturas tão frias que só são encontradas nas profundezas mais remotas do espaço, tornando o uso prático incrivelmente difícil. A busca intensificou-se recentemente em torno de uma família específica de materiais chamados polidretos, que são compostos feitos de hidrogênio ligado a outros elementos. Teoricamente, esses materiais detêm uma promessa única: se forem espremidos com pressão suficiente, os átomos de hidrogênio são forçados a ficar tão próximos uns dos outros que começam a se comportar como um metal, potencialmente permitindo que a eletricidade flua livremente em temperaturas muito mais quentes do que nunca antes. Este conceito de "pré-compressão" sugere que, ao aplicar uma força imensa, os pesquisadores poderiam baixar a temperatura necessária para a supercondutividade a um ponto onde ela pudesse um dia ser útil no mundo real.

Baseando-se nesta ideia, uma equipe de pesquisadores adicionou agora um novo capítulo à história ao descobrir a supercondutividade em um composto feito de telúrio e hidrogênio. O telúrio é um elemento químico encontrado no lado direito da tabela periódica e, quando combinado com hidrogênio sob condições extremas, forma um material que conduz eletricidade sem resistência a uma temperatura de cerca de 91 Kelvin, o que é aproximadamente -182 graus Celsius. Embora isso ainda esteja muito abaixo do ponto de congelamento da água, é um salto significativo para este tipo específico de material e marca a primeira vez que a supercondutividade foi observada em um composto rico em hidrogênio de telúrio.

Para criar este material, os cientistas tiveram que recriar as pressões esmagadoras encontradas nas profundezas do núcleo da Terra. Eles usaram um dispositivo chamado célula de bigorna de diamante, que consiste em dois minúsculos diamantes com pontas chatas que podem ser pressionados uns contra os outros para espremer uma amostra entre eles. Dentro desta câmara microscópica, eles colocaram um fragmento de telúrio e uma substância rica em hidrogênio chamada amônia borana, que serviu tanto como a fonte de hidrogênio quanto como o meio para transmitir a pressão. Eles aqueceram a amostra com um laser poderoso a temperaturas em torno de 2.000 Kelvin, o que decompôs a amônia borana, liberando gás hidrogênio que reagiu com o telúrio para formar o novo composto. Este processo foi delicado e difícil; o calor intenso necessário para forjar o material frequentemente danificava as bigornas de diamante, tornando difícil repetir o experimento ou testar o material sob pressões variáveis.

Uma vez formado o material, os pesquisadores mediram sua resistência elétrica enquanto o mantinham sob alta pressão e o resfriavam. Eles observaram que, conforme a temperatura caía, a resistência elétrica da amostra diminuía drasticamente e eventualmente desaparecia completamente, um sinal claro de que o material havia se tornado um supercondutor. Em uma de suas amostras, este estado de resistência zero apareceu a uma temperatura de cerca de 91 Kelvin. Para confirmar que isso era de fato supercondutividade e não apenas uma mudança na estrutura do material ou magnetismo, eles aplicaram campos magnéticos. Eles descobriram que, à medida que o campo magnético crescia, a temperatura na qual o material se tornava supercondutor caía, um comportamento que é uma característica marcante de verdadeiros supercondutores. Esta sensibilidade aos campos magnéticos também sugeriu que as regiões supercondutoras dentro da amostra eram conectadas por ligações fracas, uma característica comum em materiais feitos de muitos pequenos cristais.

A equipe então recorreu a um feixe de raios X poderoso em uma grande instalação de pesquisa para olhar dentro do material e ver como seus átomos estavam arranjados. O padrão de difração que capturaram revelou que a fase supercondutora era um composto específico chamado TeH4, onde um átomo de telúrio está ligado a quatro átomos de hidrogênio. A estrutura deste composto é bastante distinta, apresentando gaiolas de átomos de hidrogênio que compartilham faces umas com as outras, formando uma rede que se assemelha a um favo de mel. Dentro desta estrutura, pares de átomos de hidrogênio situam-se próximos, agindo quase como moléculas individuais presas dentro da estrutura maior. Este arranjo coincide com previsões teóricas feitas por outros cientistas, que sugeriram que esta forma específica seria estável sob tais pressões elevadas e capaz de supercondutividade.

A descoberta coloca o polidreto de telúrio ao lado do hidreto de enxofre como um dos poucos supercondutores de polidretos de calcogênio conhecidos. Embora os pesquisadores não pudessem ciclar a pressão para cima e para baixo para ver como o material se comportava devido à fragilidade de suas amostras, os dados que coletaram fornecem uma base sólida para entender como materiais ricos em hidrogênio se comportam sob estresse extremo. Os achados confirmam que, ao espremer esses elementos, é possível criar novos estados da matéria que conduzem eletricidade com eficiência perfeita em temperaturas que, embora ainda muito frias, são mais quentes do que as exigidas pelos supercondutores tradicionais. Este trabalho expande o mapa de materiais supercondutores conhecidos e oferece mais evidências de que a promessa teórica de supercondutividade de alta temperatura nos polidretos está se tornando uma realidade tangível.