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Pesquisador tenta potencializar propriedades supercondutoras e ferromagnéticas da grafite

Alguns elementos químicos, como o mercúrio, o chumbo e as ligas à base de nióbio, são capazes de conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas quando submetidos a baixíssimas temperaturas – na ordem de menos 270 graus Celsius. São os chamados supercondutores.

Tal propriedade permitiu o desenvolvimento de poderosos eletroímãs usados, por exemplo, em máquinas de ressonância magnética, espectrômetros de massa, aceleradores de partículas, trens de levitação magnética e redes inteligentes capazes de transportar energia elétrica com maior eficiência.

A aplicação dessa tecnologia, no entanto, é limitada pela dificuldade e pelo custo do resfriamento extremo, geralmente feito com hélio ou nitrogênio líquido.

A busca de materiais capazes de se comportar como supercondutores em temperatura ambiente, portanto, tem mobilizado cientistas de todo o mundo, entre eles Yakov Kopelevich, professor da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Em 1999, quando trabalhava em parceria com o professor Sergio Moehlecke no Laboratório de Materiais e Dispositivos da Unicamp, Kopelevich observou evidências de supercondutividade na grafite – mineral composto por átomos de carbono – em uma faixa de temperatura que vai de menos 271 até 27 graus Celsius positivos.

Os resultados da pesquisa, realizada com apoio da FAPESP, foram publicados nas mais importantes revistas científicas da área, como a Physical Review Letters (2001, 2003 e 2004), a Nature Physics(2007), Advanced Materials (2007) e Journal of Low Temperature Physics (2000 e 2007).

“O máximo que já se conseguiu no meio acadêmico foi fazer um supercondutor funcionar em torno de menos 100 graus Celsius. Se realmente encontrarmos um supercondutor que funcione em temperatura ambiente, o mundo vai mudar”, profetizou Kopelevich.

O pesquisador falou sobre o trabalho que vem sendo realizado em seu laboratório no dia 14 de dezembro, último dia do evento “Fronteras de la Ciencia – Brasil y España en los 50 años de la FAPESP.

O simpósio integra as comemorações dos 50 anos da FAPESP e reuniu, nas cidades de Salamanca (10 a 12/12) e Madri (13 e 14/12), pesquisadores do Estado de São Paulo e de diferentes instituições de ensino e pesquisa do país ibérico, em uma programação intensa, diversificada e aberta ao público.

“A grande dificuldade é que, embora existam características supercondutoras na grafite, elas se encontram somente em alguns locais do material. Precisamos achar meios de extrair esses elementos e potencializar o fenômeno. Não é uma tarefa simples, mas já encontramos um caminho para realizá-la”, disse Kopelevich à Agência FAPESP.

O pesquisador vem trabalhando com um método conhecido como dopagem eletrostática – que consiste em aplicar um campo elétrico sobre o material para forçar a redistribuição da carga elétrica na superfície.

“A ideia é trazer mais elétrons, que são os portadores de eletricidade, para a superfície da grafite. Aumentando a densidade de elétrons na superfície do material é possível induzir supercondutividade”, explicou.

Segundo Kopelevich, o Brasil possui uma das maiores e melhores reservas mundiais de grafite no Estado de Minas Gerais. “Se alcançarmos nosso objetivo, o Brasil será o melhor lugar para produzir supercondutores de grafite”, afirmou.

Ferromagnetismo

Embora sua principal linha de pesquisa seja no campo da supercondutividade, Kopelevich também se dedica a buscar meios de potencializar outra propriedade observada na grafite no fim da década de 1990: o ferromagnetismo.

Nesse caso, o fenômeno também está concentrado em algumas partes do material, mas a oxidação do mineral amplia o efeito. “Para isso, basta transformar a grafite em pó e expor ao oxigênio”, disse.

O ferromagnetismo é importante para a produção de ímãs de diversos tipos – desde aqueles usados em geladeiras, como também os de motores, equipamentos eletrônicos, peças de computador, geradores e transformadores de energia.

Há seis elementos naturais com propriedades ferromagnéticas e somente três que funcionam em temperatura ambiente: ferro, cobalto e níquel, explicou Kopelevich.

“Acreditava-se que esse fenômeno só era possível em elementos pesados, mas o carbono é um elemento leve. Se conseguirmos potencializar sua propriedade ferromagnética, isso terá implicações enormes, por exemplo, na área de aviação e de exploração espacial”, afirmou.

A grafite é uma das três formas alotrópicas do carbono. As outras são o diamante e o fulereno. O mineral é composto por infinitas camadas de átomos de carbono e cada um desses planos é conhecido como grafeno.

Kopelevich realiza as pesquisas com uma forma ultrapura do material chamada grafite pirolítica altamente orientada (HOPG), mas acredita que a supercondutividade também pode ser induzida na forma desordenada ou amorfa, significativamente mais barata.

“Com o método da dopagem eletrostática qualquer grafite pode apresentar essa propriedade”, disse.

Fonte: Agência FAPESP

 

 

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