O estranho comportamento de um metal supercondutor em altas temperaturas

Metal supercondutor em altas temperaturas

fenômeno conexão elétrica Na metalurgia, é bem conhecido dos físicos há muitos anos. A temperatura também é conhecida por afetar os metais de várias maneiras. Por exemplo, um aumento na temperatura aumenta a resistência elétrica de um metal e uma diminuição na temperatura a reduz. Isso é explicado pelo fato de que quando a temperatura aumenta, os elétrons têm mais energia cinética e, portanto, se movem mais rápido e com mais turbulência. Este é o fenômeno da resistência.

Um aumento na temperatura em metais ferromagnéticos, como ferro, cobalto e níquel, reduz a magnetização desses metais. Se a temperatura exceder um certo limite, o metal perde completamente seu magnetismo. Este limite é chamado de temperatura de Curie. »

Nos últimos anos, outra classe de minerais tem recebido cada vez mais atenção dos cientistas: cobre. São metais que se comportam de forma diferente, principalmente no que diz respeito a fenômenos relacionados à eletricidade.

Entre eles, agora será necessário adicionar a nova substância metálica, descoberta pela equipe de físicos por trás deste novo estudo, publicado em temperar a natureza. Este material com comportamento metálico estranho consiste em uma mistura mista de óxido de bário, cobre e ítrio, referido simplesmente como YBCO. Este metal “multi” é conhecido há algum tempo por suas propriedades supercondutoras em altas temperaturas.

Quando falamos de aumento de temperatura no contexto da supercondutividade, devemos entender que não estamos falando de uma temperatura muito alta ou muito quente. exatamente o contrário! A supercondutividade “clássica” ocorre em temperaturas próximas ao zero absoluto, ou seja -273,15 ° C. Metais como cupratos são supercondutores a temperaturas de 77 K ou -196,15 graus Celsius, o que permanece muito frio, mas bastante “quente” em termos de supercondutividade.

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Pares Cooper, associações estranhas

Quando uma corrente elétrica circula em materiais metálicos da família do cuprato, a eletricidade não se espalha graças aos elétrons, mas graças às partículas da família dos bósons, pares de Cooper.

Um par de Cooper é uma união de dois elétrons que, em um determinado momento, se encontram sob certas condições que preferem o emparelhamento de dois elétrons de carga elétrica negativa, mas são idênticos. No metal, os pares de Cooper podem “deslizar” um sobre o outro e com toda a rede atômica sem oferecer a menor resistência.

A composição do par de Cooper no metal pode ser explicada simplesmente como segue. Normalmente, o elétron no metal se comporta e se move como uma partícula livre. Os elétrons se repelem porque têm uma carga elétrica negativa idêntica. Por outro lado, eles atraem íons positivos para a rede metálica sólida. Esta é uma forte atração que pode distorcer essa rede e aproximá-la do elétron. Então a carga positiva atrai outros elétrons. Se a energia de atração for maior que a energia de repulsão dos elétrons, eles se combinam para formar um par de Cooper.

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Comportamento estranho no sistema bosoniano

Os pares de Cooper agem como bósons e, portanto, seguem “regras” diferentes dos elétrons, que são férmions. Os cupratos, que contêm pares de Cooper, adotam um comportamento supercondutor e, portanto, conduzem eletricidade sem qualquer resistência em temperaturas muito mais altas que as dos supercondutores convencionais.

O que chamou a atenção dos pesquisadores é que, mesmo quando atingem a temperatura crítica para a supercondutividade, os cupratos continuam seu estranho comportamento metálico.

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Em metais comuns, a resistência aumenta com a temperatura, mas apenas até um certo limite. Quando este limite é excedido, a resistência torna-se constante de acordo com a teoria de Fermi do fluido. Isso pode ser explicado pelo fato de que os elétrons que circulam no metal colidem com a estrutura atômica do metal vibrante a uma certa temperatura e dispersão.

Por outro lado, em cupratos, a resistência aumenta linearmente com a temperatura sem atingir um limite onde se torna estável. Os cientistas agora devem tentar entender por que os cupratos se comportam dessa maneira. Esse entendimento abre caminho para muitas aplicações em redes elétricas ou ciência da computação, pois os engenheiros estão constantemente tentando reduzir as perdas de energia.

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