Pesquisadores da Universidade de Penn State criaram uma nova abordagem computacional para identificar materiais que poderiam exibir supercondutividade em temperaturas mais altas, potencialmente revolucionando a transmissão de energia. O método integra teoria clássica com mecânica quântica usando a teoria de zentropy. Esse avanço visa superar as limitações dos supercondutores atuais que requerem temperaturas extremamente baixas.
Supercondutores, materiais que conduzem eletricidade com resistência zero, têm um imenso potencial para sistemas de energia eficientes, mas são prejudicados pela necessidade de condições criogênicas. Uma equipe liderada por Zi-Kui Liu, professor de ciência e engenharia de materiais em Penn State, desenvolveu um modelo para prever supercondutividade em materiais que podem operar em temperaturas próximas à ambiente. Apoiada pelo programa Basic Energy Sciences do Departamento de Energia dos EUA, a pesquisa conecta a teoria de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)—que explica a supercondutividade em baixa temperatura por meio do emparelhamento de elétrons via fonons—com a teoria do funcional de densidade (DFT), uma ferramenta baseada em mecânica quântica para modelar o comportamento dos elétrons.
A inovação reside na teoria de zentropy, que combina mecânica estatística, física quântica e modelagem computacional para ligar a estrutura eletrônica de um material às suas propriedades dependentes da temperatura. Isso permite a previsão da temperatura crítica na qual a supercondutividade surge ou falha. "O objetivo sempre foi elevar a temperatura na qual a supercondutividade persiste", disse Liu. "Mas primeiro, precisamos entender exatamente como a supercondutividade ocorre, e é aí que nosso trabalho entra."
Usando essa abordagem, a equipe previu com sucesso o comportamento supercondutor tanto em materiais convencionais de baixa temperatura quanto em de alta temperatura, incluindo casos não explicados pela teoria BCS tradicional. Eles também identificaram potencial supercondutividade em metais como cobre, prata e ouro, embora apenas em temperaturas muito baixas. Liu comparou o processo à criação de uma "superestrada só para elétrons", onde elétrons emparelhados viajam sem resistência, semelhante à Autobahn.
O estudo, coautorado pela professora de pesquisa Shun-Li Shang, foi publicado em Superconductor Science and Technology (2025; 38(7): 075021). Em seguida, os pesquisadores planejam explorar os efeitos da pressão na supercondutividade e examinar um banco de dados de cinco milhões de materiais em busca de novos candidatos. "Não estamos apenas explicando o que já é conhecido", acrescentou Liu. "Estamos construindo uma estrutura para descobrir algo completamente novo." Se realizado, supercondutores em temperatura ambiente poderiam transformar a tecnologia de energia global ao permitir a transmissão de eletricidade sem perdas.