O mistério do “supercondutor de sala” sul-coreano LK-99 resolvido em tempo recorde. A comunidade científica mundial não podia ignorar tal “sensação”, e a experiência adquirida na busca pela supercondutividade de alta temperatura permitiu repetir rapidamente o experimento dos cientistas sul-coreanos e avaliá-lo do ponto de vista da teoria.
Os cristais LK-99 mais puros cultivados por cientistas alemães. Fonte da imagem: Pascal Puphal See More
Infelizmente, aparentemente, a revolução na supercondutividade está sendo adiada. Os dois principais indicadores de supercondutividade – levitação em um campo magnético (efeito Meissner) e uma queda acentuada na resistividade atual – foram explicados do ponto de vista da física comum e nada têm a ver com supercondutividade. Cientistas sul-coreanos foram decepcionados por amostras contaminadas e conhecimento limitado em várias áreas da química.
Recordemos brevemente que, no final de julho, um grupo de cientistas sul-coreanos postou dois artigos em inglês no site de preprints de artigos científicos, nos quais falavam sobre a sensacional descoberta do material LK-99, que possuía supercondutividade em temperatura ambiente e pressão normal. Tal descoberta mudaria muito nosso mundo. Pelo menos no setor de energia, onde as perdas com o transporte de eletricidade são muito, muito grandes e em constante crescimento. Um dos artigos foi complementado com cálculos teóricos, que pareciam convincentes o suficiente para que a descoberta fosse tratada com toda a atenção.
As primeiras tentativas de sintetizar LK-99 por grupos independentes deram resultados conflitantes. Alguém viu “levitação”, alguém conseguiu medir a resistência de corrente zero à temperatura ambiente e alguém não conseguiu nada. Não sem falsificações, o que só aumentou a confusão. Um problema sério para a síntese independente do LK-99 foi que os autores do estudo não forneceram uma descrição detalhada da síntese de material absolutamente puro e, aparentemente, eles próprios se tornaram vítimas de seu próprio descuido.
Deve-se dizer que as ferramentas teóricas modernas permitem modelar as estruturas eletrônicas e atômicas dos materiais e descrever com muita precisão suas propriedades químicas e físicas. Mas na presença de impurezas desconhecidas em volume e composição, tais cálculos costumam ser errôneos, o que parece ter acontecido no caso do LK-99. No caminho certo, esse material foi testado usando a teoria do funcional da densidade e confirmou parcialmente a descoberta da equipe sul-coreana. Como fica claro hoje, os teóricos foram resumidos pelos dados inicialmente errôneos dos experimentadores.
O fim da “supercondutividade” do LK-99 foi posto por cientistas do Instituto Max Planck para Pesquisa de Estado Sólido em Stuttgart (Alemanha). Eles cultivaram cristais de LK-99 e não o sintetizaram por recozimento, como os coreanos fizeram. O crescimento permitiu evitar o aparecimento de impurezas no material e, sobretudo, o sulfeto de cobre (Cu2S), que, como fica claro, foi o motivo da descoberta “sensacional”.
O material ultrapuro LK-99 (Pb8.8Cu1.2P6O25) acabou não sendo um supercondutor, mas um isolante muito bom. Ao mesmo tempo, o material exibiu algumas propriedades de ferromagnetismo e diamagnetismo, mas completamente insuficientes mesmo para levitação parcial.
«Portanto, excluímos a presença de supercondutividade, concluíram os autores. “Quando temos monocristais, podemos estudar claramente as propriedades internas do sistema.” Com base na visualização da estrutura eletrônica de um material puro, pesquisadores alemães mostraram que ele não permite a manifestação de supercondutividade, e seus sinais no experimento sul-coreano provavelmente se manifestaram devido à presença de impurezas de sulfeto de cobre nas amostras.
Separadamente, outro cientista falou sobre as propriedades do sulfeto de cobre – o químico Prashant Jain (Prashant Jain) da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. Ele apontou que a temperatura de 104,8 °C, na qual os coreanos registraram uma queda de dez vezes na resistividade do material de cerca de 0,02 ohm/cm para 0,002 ohm/cm, é a temperatura de transição de fase do sulfato de cobre. Naturalmente, durante a transição de fase, a resistência do material muda, o que os cientistas sul-coreanos deveriam saber.
Assim, a contaminação das amostras LK-99 com impurezas no processo técnico “on the knee” e o desconhecimento de alguns aspectos de seu comportamento químico levaram os cientistas sul-coreanos a uma ilusão – eles viram a supercondutividade em dois sinais aleatórios, que não existiam.