Supercondutores de alta temperatura crítica: 25 anos

A revista Nature está publicando um news feature sobre os 25 anos de um dos grandes enigmas da Física da Matéria Condensada atual: os supercondutores de alta temperatura crítica (os chamados high-Tc).

A decoberta de uma classe desses materiais, relatada em um artigo de Julho de 1986 (e que rendeu Prêmio Nobel já no ano seguinte a Johannes Bednorz e Karl Müller), causou uma enorme efervecência na época, hoje apelidada de "o Woodstock da Física". O tópico se popularizou de tal forma que acabou sendo capa de revistas como Time, Veja e inclusive a primeira Superinteressante (Outubro de 1987, na imagem ao lado. Eu ainda tenho essa guardada em casa).

Havia bons motivos para tanta "histeria". Afinal, supercondutores são materiais que conduzem corrente elétrica sem perdas ou aquecimento por efeito Joule uma vez que tem resistividade nula abaixo de uma certa temperatura, denominada temperatura crítica (ou Tc).

Supercondutores "convencionais" são conhecidos desde o início do século passado (a descoberta é creditada a Heike Kamerlingh Onnes, em 1911) mas possuem temperaturas críticas baixas, da ordem de 5 a 20 graus Kelvin (K) (-270 a -250 C). Ou seja, operam apenas em refrigeradores de Hélio líquido (a temperatura de ebulição do Hélio fica em torno de 4.2K ou -269 C), o que torna os custos de se ter um "fio supercondutor" bastante elevados. Assim, havia (e há) o interesse em descobrir materiais com Tcs mais altas. O "Santo Graal" seria um material que fosse supercondutor à temperatura ambiente, com aplicações tecnológicas imediatas.

Em 1986, Bednorz e Müller descobriram cerâmicas supercondutoras com Tcs da ordem de 80K (ou -190 C). Ainda são temperaturas baixas comparadas à temperatura ambiente mas altas o suficiente para que esses materiais sejam supercondutores à temperatura do Nitrogênio líquido (77K), muito mais barato do que Hélio. Imaginou-se na época desse 'Woodstock' que a descoberta de supercondutores com Tcs da ordem de 300K (temperatura ambiente) seria apenas uma questão de tempo, o que nos levaria para uma "era de Aquário" onde as linhas de transmissão operariam sem perdas, trens ultrarápidos levitariam sobre os trilhos e poderíamos armazenar altas quantidades de energia por meses e até anos em "reservatórios" supercondutores (como reservatórios de água). Quem dera...

Passados 25 anos de pesquisas no assunto, ainda não temos esse "Santo Graal" nas mãos. Vários compostos supercondutores com temperaturas críticas acima de 77 K foram descobertos (vide gráfico abaixo) mas o que temos são mais perguntas do que respostas. O cenário hoje é que ainda não há um consenso sobre como (e porquê) esses materiais se tornam supercondutores. Mais precisamente, não há uma teoria única que descreva o comportamento microscópico desses materiais, algo que ocorreu com os materiais de baixa Tc com a formulação da teoria BCS por John Bardeen, Leon Cooper and Robert Schrieffer em 1957 (pela qual ganharam o Prêmio Nobel em 1972).

No caso de supercondutores de alta Tc, ao contrário, existem várias teorias, cada qual defendida a unhas e dentes por seus simpatizantes. Mesmo a descrição teórica dos mecanismos básicos que levam ao aparecimento da supercondutividade ainda são motivos de controvérsia. Ouvi meu antigo supervisor dizer uma vez que "os high-Tcs são o Vietnã dos Físicos teóricos". Existem várias razões para isso, mas elas merecem um post à parte.

Segurança na USP

A trágica morte de um estudante da FEA em 18 de maio passado teve grande repercursão dentro do campus da USP em São Paulo. Me parece que isso foi um daqueles momentos em que a comunidade universitária "acordou" para uma realidade de insegurança que tantos paulistanos vivem diariamente. Com isso, a idéia de ter algum tipo de presença permanente da Polícia Militar no campus, antes um tabu, já está virando um consenso. Na verdade, os dados mostram uma queda acentuada no número de ocorrências desde que o policiamento no campus foi reforçado.

A grande questão não é se teremos a PM no campus mas sim como fazer isso de forma que essa presença seja eficiente em termos de segurança e, ao mesmo tempo, leve em consideração as peculiaridades de policiamento em um ambiente universitário.

Isso por que, do ponto de vista de um gestor de segurança, um campus universitário é um ambiente complexo: não é uma área nem residencial e nem comercial ; não há uma uniformidade de idade, classe social ou renda entre os três grupos que formam a USP (alunos, professores e funcionários); há tanto um fluxo de pessoas "de passagem" pelo campus como uma comunidade que mora (os alunos que estão no CRUSP), estuda e trabalha ali . Nesse ambiente, ações preventivas são, em geral, mais eficientes do que ações repressivas.

O desafio desse tipo de policiamento ocorre também em outros países: nos Estados Unidos, por exemplo, as universidades contam com uma "campus police" com poder de polícia mesmo (não são apenas seguranças), sendo que os policiais são orientados e preparados a lidar com os desafios dentro de um ambiente de estudantes. Lá, por exemplo, uso de bebidas e drogas é um caso emblemático: ações preventivas ("educativas") e repressivas são usadas em conjunto dentro de um plano mais amplo de segurança no campus, dentro das características do ambiente universitário. Aqui o foco deve ser outro, com maior atenção a crimes como roubos e sequestros-relâmpago (aliás, não faltam críticas aos "maconheiros" da USP, como se o consumo de maconha ali fosse maior do que em outros lugares com grande concentração de jovens e isso fosse uma explicação para a falta de segurança no campus...).

Por fim, me parece bem interessante a proposta de se criar um "Pelotão Universitário" da PM, formado por policiais e oficiais que sejam alunos ou ex-alunos dos cursos de graduação e pós-graduação da USP. Se bem implementada, todos tem a ganhar com algo assim: a USP teria um corpo de policiais que conhece o campus e o ambiente acadêmico e PM teria um canal para melhorar a formação dos seus soldados e oficiais, de modo que toda a sociedade ganhe.

ReceitaNet

(Finalmente terminei!)
"Deseja transmitir sua declaração?"
(Sim)

"Declaração enviada com sucesso! Deseja imprimir o recibo?"
(Sim, por favor!)

"Seu recibo:"










(?!?! Tudo zero??? Cadê os valores? E a minha restituição?? )

"Parabéns, caro contribuinte: você não clicou em 'Gravar declaração para para entrega à RBF'."

"O ReceitaNet não faz isso automaticamente, espertalhão, mesmo que os dados da declaração estejam gravados localmente."

"Agora é o seguinte, meu velho: "
"1) Ou você faz uma declaração retificadora AGORA ou..."
"2) Você entra na malha fina."

"A Receita Federal agradece."

Paradoxo Português

Véspera de feriado e, para fazer juz ao título desse blog, aqui vai um post sobre futebol.

Enganam-se os que acham que eu vou falar das semifinais do Campeonato Paulista ou dos confrontos Barça x Real Madrid (aliás, o José Mourinho mostrou hoje que sua fração competência/arrogância fica em torno de 1...). Não, caro leitor(a), isso você encontra em qualquer dos sites da imprensa futebolística brasileira.

Escolhi um tópico de que muito pouco se falou no Brasil mas que me intrigou: um aparente paradoxo na terra de Camões. No futebol português, dois grandes acontecimentos ocorreram dentro de um intervalo de poucos dias:

1) O Porto F. C. sagrou-se campeão português com cinco (sim, cinco) rodadas de antecedência. Ou seja, grande hegemonia do Porto, liderado por sua dupla de ataque sul-americana: o brasileiro Hulk e o colombiano Falcão (o nome é uma homenagem ao nosso Falcão). E isso ocorreu com uma vitória na casa do arquirival Benfica, com direito a uma retaliação que poderia ter sido importada daqui: alguém apagou as luzes do estádio do Benfica, o Estádio da Luz (não, não é piada), para atrapalhar as comemorações.

2) Enquanto isso, em um universo paralelo, três times portugueses (o próprio Porto, o rival Benfica e o Braga) se classificaram para as semi-finais da Liga Europa, o "segundo campeonato" de clubes europeus (atrás, é claro, da Liga dos Campeões da UEFA). O Porto teve uma atuação brilhante nas quartas-de-final, goleando o Spartak Moscou duas vezes, por 5x1 em casa e por 5x2 fora (!).

Isso é um feito raro: seria o equivalente de termos três times brasileiros nas semi-finais da Copa Sul-Americana. Algo parecido ocorreu na Liga dos Campeões em 2008-2009 quando três times ingleses (Manchester United, Arsenal e Chelsea) chegaram às semi-finais, junto com o Barcelona. De nada adiantou, por que Messi, claro, brilhou (com direito a gol de cabeça do baixinho na final!) e o Barcelona levou o título. Mas isso mostrou como o Campeonato Inglês estava em um nível acima dos outros campeonatos no geral.

Bom, esse é o paradoxo português: do ítem 2) acima você pode pensar que esses três times portugueses estão jogando acima da média, o que tornaria o campeonato local bastante disputado e competitivo. Mas o ítem 1) joga essa ilusão por terra: na verdade, é essencialmente o campeonato de um time só, com uma hegemonia gritante do Porto.

Uma olhada na chave eliminatória da Liga Europa desse ano dá uma pista pro mistério: o Porto, que nem entrou na Champions League esse ano, está claramente "jogando numa divisão abaixo" do seu potencial na Liga Europa. Encontrou alguma dificuldade contra o Sevilla mas eliminou CSKA e Spartak com relativa facilidade. Note-se que Sevilha e Spartak Moscou chegaram a jogar a Champions League, foram eliminados e "transferidos" para a Liga Europa.

Tudo indica que o Porto, passando pelo Villareal, fará uma final portuguesa com Braga ou Benfica. Esses vão ter que marchar contra os canhões de Hulk e cia. para acabar com a hegemonia do Porto. Veremos!

Update (28/04): Com 4 gols de Falcão, o Porto venceu o primeiro jogo contra o Villareal por 5 x 1 em casa (incrível média de cinco gols por jogo nos últimos 3 jogos da Liga Europa) e praticamente assegurou a classificação para a final. Já o Benfica venceu o Braga em casa por 2 x 1, resultado não muito bom (o Braga se classifica se vencer o jogo da volta por um simples 1 x 0).

Update (04/05): De fato, teremos uma final Portuguesa na Liga Europa 2010-11. Mesmo com a derrota para o Villareal por 3 x 2 no jogo da volta, o Porto se classificou para a final sem surpresas. O Braga conseguiu uma classificação histórica ao ganhar por 1 x 0 do Benfica (como eu tinha alertado em 28/04...). Enfim, ainda acho que dá Porto...

Update (18/05): E deu Porto! Com gol de Falcão, o Porto venceu o Braga na final da Liga Europa em Dublin. Interessante foi o número de brasileiros que entraram em campo: onze, sendo oito pelo Braga (o goleiro Artur, o zagueiro Paulão, o volante Vandinho, os meias Alan, Paulo César e Kaká e os atacantes Lima e Márcio Mossoró) e três pelo Porto (o goleiro Hélton, o volante Fernando e o atacante Hulk).

Update (22/05): Deu tempo ainda de o Porto conquistar a Taça de Portugal, o quarto título na temporada. Parece que o técnico André Villas-Boas (é impressão minha ou ele é irmão do Rodrigo Santoro?) está a ponto de se tornar o novo Mourinho...

BWSP-15

Para fechar o "ciclo" de conferências desse semestre (duas), participei nessa semana do 15o. Brazilian Workshop in Semiconductor Physics (BWSP) em Juiz de Fora, MG.

O BWSP é o principal encontro científico na área de Física de semicondutores do Brasil, tendo a tradição de reunir gente de "peso" na área. Esse ano, o BWSP trouxe nomes famosos em Física da Matéria Condensada, como Alan MacDonald (University of Texas-Austin) e Daniel Loss (University of Basel, Suíça), o que é sempre bom, especialmente para os estudantes.

Alguns highlights do programa:

- Caio Lewenkopf (UFF) apresentou um seminário sobre efeitos de desordem em grafeno (o material que "levou" o Prêmio Nobel esse ano, como comentei aqui). Esses efeitos são importantes para explicar certas características do transporte eletrônico (a mobilidade eletrônica, por exemplo) e afetariam a eficiência de dispositivos eletrônicos à base de grafeno. Vide o review escrito pelo Caio em colaboração com Eduardo Mucciolo.

- Ainda nessa linha, Alan MacDonald deu um seminário sobre efeitos de interação elétron-elétron em grafeno. Foi um seminário bastante técnico (várias equações de auto-energias e coisas do tipo...). Minha impressão geral é a de que os efeitos de interação de troca são relativamente fracos e difícieis de detectar em monocamadas de grafeno, mas talvez mais evidentes em bi-camadas.

- Daniel Loss deu um seminário sobre interação spin-órbita e modos helicoidais em nanotubos de carbono e como esses modos levam a "férmions de Majorana" aprisionados quando o nanotubo é colocado em proximidade com um supercondutor. É um trabalho inteiramente teórico (ainda não há experimentos, aparentemente) e bastante interessante, embora um tanto árido para a platéia em geral (não é fácil explicar como férmions de Majorana aparecem nesses sistemas em um seminário curto, mesmo que a platéia seja formada por Físicos com doutorado...).

- Já na parte de aplicações de semicondutores, Cengiz Besicki (Middle East Technical University, Ankara, Turquia) falou sobre detetores de radiação infravermelha usando poços quânticos e pontos quânticos, um dos tópicos de interesse de alguns colegas do meu grupo de pesquisa na USP. Tais detetores são de extrema importância, inclusive com usos militares e em segurança pública (equipamentos para visão noturna, etc. ). Há um esforço brasileiro (via Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia) nessa área, de modo que a audiência estava bem interessada. O seminário em si foi muito bom, recheado de imagens térmicas de câmeras de "visão noturna".

- Houve uma seção de duas horas com experimentos muito bonitos em condensados de exciton-polaritons. Esses sistemas são análogos aos condensados de Bose-Einstein (BECs), embora tecnicamente não sejam BECs (entre outras coisas, não são sistemas em equilíbrio: um laser está sempre "bombeando" energia para manter o estado ligado exciton-fóton).

Esses condensados são estados quânticos macroscópicos, com várias propriedades interessantes (quantização de vórtices, etc.) que são estudadas em detalhe nos experimentos. Trabalho de primeira linha.

Sobre o lugar: Juiz de Fora é uma cidade bem agradável, embora só tenhamos visto um pouco mais da cidade nos últimos dias (o hotel ficava no centro). Dá pra ver que, sim, estamos em Minas, mas tem um ar bastante carioca/fluminense (até os taxis são amarelos... ;) ). Pena que as melhores dicas de lugares para se ir me foram dadas pelo o taxista já a caminho da Rodoviária para a volta a SP... Fica pra próxima.

The Joy of Stats

Meu amigo Roberto Belisário escreveu um post bastante interessante no blog "Ciências e Adjacências" sobre um vídeo feito pelo médico/estatístico sueco Hans Rosling.

O vídeo é um extrato de "Joy of Stats", um trabalho de divulgação sobre estatística muito bem feito e bastante interessante. Para o público leigo, bastante diversão. Para quem sabe um pouco mais sobre dados e estatísticas, cabe um olhar mais crítico...

No video, o Prof. Rosling coloca em um gráfico animado dados sobre a expectativa de vida (eixo vertical) e o PIB per capita (eixo horizontal) para vários países. Reunindo dados desde 1810 até 2009, ele faz uma interessante animação mostrando como esses dados variam com o tempo.

Até aí, tudo ótimo e muito didático. O problema é: o que concluir desses dados? O Prof. Rosling tende a ver os dados como positivos: os países estão "indo para o canto superior direito", ou seja maior renda e maior expectativa de vida indicando um futuro promissor.

Ocorre que, sem entrar no mérito da qualidade/confiabilidade dos dados em si (por exemplo, o site Gapminder que guarda os dados diz expresamente que "Data before 1900 is highly uncertain"), você pode usar os mesmos dados para argumentar que, na verdade, as coisas não estão caminhando tão bem assim: a diferença de renda entre os países mais ricos e mais pobres está aumentando com o tempo. Pior: está provavelmente aumentando exponencialmente com o tempo!

Como notou Belisário, o eixo horizontal no vídeo está em escala logarítmica. No site do Gapminder é possível brincar bastante e até fazer o mesmo filme com uma escala linear no eixo x.

Aí o argumento que as coisas não estão indo tão bem passa a ser visual. Vemos que a diferença de PIB per capita entre países ricos e pobres em 2009 é cerca de 20 vezes maior do que em 1810, numa evolução claramente exponencial com o tempo.

Além disso, os países não tendem ao canto superior direito em 2009 mas sim ficam em um arco (veja na figura ao lado), com um grande número de países no canto superior esquerdo (com vida longa mas pobres).

Outro ponto que pode ser pensado: maior renda média (ou PIB médio) é necessariamente um sinal de desenvolvimento humano? Não se essa renda extra está concentrada nas mãos de muito poucos ou se esse aumento no PIB vem com custos sociais altos. Países como Nigéria, Libéria e Serra Leoa são casos onde a descoberta de recursos naturais (petróleo, diamantes, minérios...) levou a um aumento do PIB por um lado mas a efeitos colaterais gravíssimos na sociedade (instabilidade política, guerra civil e até genocídio!) por outro. É a chamada "maldição dos recursos".

Enfim, esses papos sobre estatística me lembram a história do velhinho que, quando fez 90 anos, entrou numa loja de sapatos e pediu "um sapato do mais caro, pra durar mais uns 20 anos". O vendedor, educadamente, pergunta ao velhinho porque ele fazia questão de um sapato que fosse durar tanto. No que o velhinho respondeu: "É que, segundo as estatísticas, apenas uma pequena minoria das pessoas morrem depois dos 90 anos".

Update: a discussão continua: no Ciências e Adjacências (posts II e III da série) e também no Gene Repórter.

XX SLAFES

Na semana passada participei da XX SLAFES (Simpósio Latino-Americano de Física do Estado Sólido) em Maragogi, Alagoas.

O programa foi muito bom, com excelentes palestras convidadas. Alguns destaques:

- Laurens Molenkamp deu um bom seminário sobre o tópico "quente" do momento em Física da Matéria Condensada: os isolantes topológicos (vide, por exemplo, matéria da Physics Today).

- Jorge Hirsch, o mesmo do índice h, deu um provocante seminário propondo uma alternativa (Hole Superconductivity) à bem estabelecida teoria BCS de supercondutividade para explicar o efeito Meissner.

Polêmico, sem dúvida. Ele, inclusive, já até postou um artigo no arXiv comparando BCS ao esquema de pirâmide de Bernie Madoff.

- Constantino Tsallis do CBPF deu um interessante seminário sobre entropia não-extensiva. Ele menciona, inclusive, alguns resultados experimentais em diferentes sistemas nos quais os dados são melhor ajustados utilizando distribuições derivadas segundo essa teoria.

Interessante sem dúvida, embora me pareça que ainda existam pontos em aberto (por exemplo, a generalização não-extensiva da Equação de Schrodinger...).

- Vários seminários envolvendo efeito Kondo em nanoestruturas (minha área de pesquisa) como os de Carlos Balseiro (Bariloche), Luiz Nunes de Oliveira (USP São Carlos), Enrique Anda (PUC-RJ) e Edson Vernek (UFU).

Inclusive, tive uma interessante discussão com Enrique e Carlos sobre a interpretação de um resultado em um paper recente do qual sou co-autor, o que me deu algumas idéias novas.

- Eu ministrei um seminário sobre a dinâmica de excitações de carga em isolantes de Mott utilizando DMRG dependente do tempo (vide, por exemplo, artigos aqui e aqui).

No mais, o local da conferência não poderia ter sido mais agradável (embora o preço tenha sido um pouco acima da média para eventos desse tipo...).