Cientistas da Universidade Técnica de Delft, na Holanda, descobriram a supercondutividade unidirecional sem campos magnéticos, um fenômeno que era considerado impossível desde a descoberta dos supercondutores em 1911, segundo um estudo publicado nesta semana na revista científica Nature.

Essa tecnologia abre caminho para o desenvolvimento de supercomputadores baseados em supercondutores, com velocidade centenas de vezes mais rápida do que é possível hoje usando semicondutores e sem perda de energia. Supercondutores são materiais pelos quais a corrente elétrica transita sem nenhuma resistência, sendo praticamente impossível bloqueá-la ou controlar a direção do seu fluxo.

O professor Mazhar Ali e seu grupo de pesquisa desenvolveram um material quântico em duas dimensões (2D) que permite que a eletricidade flua em um só sentido do supercondutor. Dessa forma, circuitos de alta velocidade e baixo consumo baseados na física da supercondutividade teriam potencial para levar a tecnologia de supercomputação a um novo nível.

"Se o século 20 foi o século dos semicondutores, o século 21 pode ser o século dos supercondutores", disse Ali, em um comunicado de imprensa da Universidade Técnica de Delft.

Desafiando as leis da física

As características que fazem com que essa forma de corrente elétrica sem perda de energia seja tão útil também criam uma série de desafios.

Normalmente, quando uma corrente elétrica flui ao longo de um fio, os elétrons enfrentam resistência devido ao atrito com os átomos que compõem o fio. Parte da energia elétrica é perdida, muitas vezes sob a forma de calor – essa é uma das razões pelas quais os dispositivos eletrônicos podem esquentar. É também uma perda de eficiência.

Com supercondutores, a corrente flui através do fio sem qualquer resistência, o que significa que inibir essa corrente ou mesmo bloqueá-la é quase impossível, e muito menos conseguir que a corrente, ou os elétrons, fluam apenas em uma direção e não na outra, pois eles sempre demonstram o que é chamado de comportamento "recíproco".

"Nos anos 70, cientistas da IBM testaram a ideia de computação supercondutora, mas tiveram que interromper seus esforços. Em seus trabalhos sobre o assunto, a IBM menciona que, sem supercondutividade não recíproca, um computador rodando em supercondutores é impossível", explicam os pesquisadores.

Malha 2D baseada no nióbio metálico

Agora, sem utilizar campos magnéticos, a equipe de pesquisadores demonstrou que a eletricidade pode fluir por supercondutores em apenas uma direção sob as condições certas, utilizando uma malha 2D baseada no nióbio metálico, com a qual eles puderam dispensar o campo magnético e confiar apenas nas propriedades quânticas do material.

"Fomos capazes de remover apenas algumas camadas atômicas deste [material] Nb3Br8 e criar um sanduíche muito, muito fino, com algumas camadas atômicas de espessura, que era necessário para fazer o diodo Josephson, o que não era possível com materiais 3D normais", diz Ali. O material em questão foi desenvolvido pelo professor Tyrel McQueen, da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos.

Uma vantagem dessa técnica é que ela se baseia em "supercondutores de alta temperatura", que usam nitrogênio líquido para serem resfriados e estão presentes em equipamentos já existentes."Muitas tecnologias são baseadas em versões mais antigas de supercondutores JJ [Junções Josephson], por exemplo, a tecnologia de ressonância magnética. A computação quântica de hoje também se baseia nas Junções Josephson", explica Ali. 

"Tecnologias que antes só eram possíveis usando semicondutores agora podem ser potencialmente feitas com supercondutores, usando este bloco de construção. Isso inclui computadores mais rápidos, como aqueles com velocidades até terahertz, de 300 a 400 vezes mais rápidos do que os computadores que usamos agora. Isso influenciará todos os tipos de aplicações sociais e tecnológicas", afirma o físico.

bl (ots, DW)