Em outubro de 1987, a Real Academia Sueca de Ciências fez algo que quase nunca faz: concedeu o Prêmio Nobel de Física a uma descoberta com menos de dois anos de idade. Georg Bednorz e Alex Müller, físicos do laboratório da IBM em Zurique, tinham publicado em junho de 1986 um artigo de título propositalmente cauteloso — “Possible high-Tc superconductivity in the Ba−La−Cu−O system” —, relatando um óxido de cobre que perdia toda resistência elétrica a 35 kelvin. O artigo não recebeu uma única citação em 1986. Em 1987, depois que outros laboratórios confirmaram e ampliaram o resultado, foi citado mais de mil vezes. Foi o Nobel de ciências mais rápido da história.
O que a Academia Sueca premiou não foi a explicação de um fenômeno, mas a descoberta de um fenômeno que nenhuma teoria conseguia prever — e que, quase quatro décadas depois, nenhuma teoria consegue explicar de forma consensual. Existe uma classe inteira de materiais, os supercondutores de cobre chamados cupratos, cujo comportamento mais fundamental — por que os elétrons dentro deles deixam de resistir à passagem de corrente — não tem, até hoje, um mecanismo microscópico aceito pela comunidade de física da matéria condensada. Não é uma lacuna de dados. É uma lacuna de teoria.
Este artigo explica por que esse buraco existe, por que resistiu a mais de trinta anos de alguns dos físicos mais capazes do planeta, e por que é a razão prática pela qual a busca por supercondutores de temperatura ambiente — o “santo graal” da matéria condensada — segue sendo, largamente, tentativa e erro. O episódio do material sul-coreano LK-99, em 2023, é o estudo de caso perfeito de como essa ausência de teoria preditiva alimenta ciclos de expectativa e desmentido.
O problema que a BCS resolveu — e resolveu bem
Para entender o que falta, é preciso entender o que já foi resolvido — porque a supercondutividade “convencional” é uma das histórias de sucesso mais completas da física do século XX.
O fenômeno foi observado pela primeira vez em 1911, no mercúrio resfriado a hélio líquido, pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes: abaixo de certa temperatura, a resistência elétrica cai a zero abruptamente. Por quase meio século ninguém soube explicar por que isso acontecia — elétrons se repelem eletricamente, e a ideia de que pudessem se organizar em um estado coletivo sem nenhuma dissipação de energia parecia contraintuitiva.
A resposta veio em 1957, num artigo de título direto — “Theory of Superconductivity” — submetido à revista Physical Review por John Bardeen, Leon Cooper e John Robert Schrieffer, da Universidade de Illinois, cujas iniciais batizaram a teoria BCS. A ideia central é elegante: em um metal resfriado o suficiente, um elétron que se move pela rede cristalina distorce ligeiramente essa rede, atraindo os íons positivos ao redor. Essa distorção — uma vibração da rede chamada fônon — cria momentaneamente uma região com carga positiva concentrada, que atrai um segundo elétron. O resultado é uma atração efetiva entre dois elétrons, mediada pela rede, mesmo que eles se repilam diretamente entre si. Esse par ligado — o par de Cooper, em homenagem a Leon Cooper, que em 1956 já havia demonstrado que tal ligação era energeticamente favorável — comporta-se como uma única entidade quântica. Schrieffer construiu a função de onda que descreve como um número macroscópico desses pares ocupa coletivamente o mesmo estado quântico fundamental, formando um “condensado” que se move sem resistência, porque romper um par exigiria mais energia do que a disponível termicamente em baixas temperaturas.
A BCS não só explicou a supercondutividade conhecida até então — também rendeu previsões testáveis e corretas para uma faixa inteira de metais e ligas. E veio com um limite embutido: como a força de ligação depende de vibrações de rede que ficam mais desordenadas com o aumento da temperatura, a teoria sugeria um teto natural para a temperatura crítica — na prática, em torno de 30 kelvin (cerca de −243°C), com poucas exceções. Bardeen, Cooper e Schrieffer dividiram o Nobel de Física de 1972 por esse trabalho. Por quase três décadas, a supercondutividade pareceu um capítulo fechado.
1986: o resultado que a teoria dizia ser essencialmente impossível
Foi exatamente esse teto que Bednorz e Müller romperam. Müller apostava havia anos que óxidos metálicos com estrutura de perovskita — uma classe até então associada a propriedades isolantes e magnéticas — poderiam esconder algum comportamento supercondutor inesperado, precisamente por escaparem do tipo de metal simples em que a BCS havia sido testada exaustivamente. A dupla testou dezenas de compostos de óxido de cobre ao longo de anos sem sucesso, até observar, em fevereiro de 1986, uma queda de resistência em uma amostra de óxido de lantânio, bário e cobre a 35 K — um valor que a composição química do material tornava teoricamente inexplicável dentro do arcabouço BCS. Cautelosos, e cientes de que a história da área já fora manchada por alegações não reproduzíveis, só submeteram o artigo à Zeitschrift für Physik B em abril de 1986, com o título deliberadamente hedgeado “Possible high-Tc superconductivity”.
A cautela logo se mostrou desnecessária. Ainda em 1986, grupos independentes — o de Shoji Tanaka, em Tóquio, e o de Paul Chu, em Houston — confirmaram e ampliaram o resultado. Meses depois, Chu e colaboradores encontraram um composto correlato, o YBCO (ítrio-bário-cobre), supercondutor a 93 K — a primeira vez acima da temperatura do nitrogênio líquido (77 K), marco prático enorme porque o nitrogênio líquido é ordens de magnitude mais barato que o hélio líquido dos supercondutores convencionais. Em outubro de 1987, menos de dezoito meses após a publicação original, Bednorz e Müller receberam o Nobel “pela descoberta de supercondutividade em materiais cerâmicos” — a citação oficial do comitê.
O que é menos contado é que o próprio comunicado de imprensa da Real Academia Sueca já continha a admissão que definiria as décadas seguintes: os detalhes de como a supercondutividade surge nesses novos materiais ainda eram desconhecidos, e não estava claro se a teoria BCS seria suficiente para explicá-los ou se seriam necessários conceitos inteiramente novos. A Academia premiou uma descoberta experimental extraordinária declarando, no mesmo comunicado, que a explicação teórica ainda não existia. Essa frase, escrita em 1987, continua descrevendo com razoável precisão o estado da arte quase quarenta anos depois.
Por que a receita de 1957 não serve para os cupratos
A razão pela qual a BCS não se aplica diretamente aos cupratos é estrutural, não um detalhe técnico menor. Os cupratos são eletronicamente muito mais complexos que os metais simples de Bardeen, Cooper e Schrieffer. Na forma não dopada, muitos cupratos são isolantes — de um tipo peculiar, o isolante de Mott, no qual a repulsão elétron-elétron é tão forte que os elétrons ficam presos em seus átomos de origem mesmo quando a estrutura de bandas convencional diria que o material deveria conduzir eletricidade. Só ao “dopar” quimicamente esses materiais — introduzindo portadores de carga extras nos planos de óxido de cobre — a supercondutividade emerge, numa janela específica de temperatura e concentração.
Esse ponto de partida é hostil à lógica da BCS, que assume elétrons razoavelmente livres interagindo fracamente com uma rede ordenada. Nos cupratos a interação elétron-elétron é o protagonista, não um efeito secundário — e a dependência entre temperatura crítica, densidade de portadores e acoplamento elétron-fônon, prevista pela teoria original, simplesmente não se sustenta nos dados. Fônons, além disso, tendem a ficar mais desordenados com o aumento da temperatura, o que deveria atrapalhar, não ajudar, o pareamento em temperaturas mais altas. Se os cupratos supercondutem onde a agitação térmica já deveria destruir o pareamento fonônico, algo além do fônon precisa estar em ação — mas o quê, exatamente, segue em disputa ativa.
A comunidade não ficou parada. A hipótese mais discutida e bem-sucedida experimentalmente é a de que o pareamento é mediado não por vibrações da rede, mas por flutuações magnéticas — o mecanismo de superexchange, proposto por Philip Anderson em 1987, quase simultaneamente à descoberta de Bednorz e Müller: elétrons nos planos de cobre e oxigênio favorecem o pareamento ao “pular” entre átomos vizinhos de um modo que depende das correlações magnéticas, não da rigidez mecânica da rede. Em 2022, um experimento liderado por J. C. Séamus Davis, então em Oxford, usando microscopia de tunelamento capaz de mapear a energia de pareamento com resolução atômica, produziu evidências consideradas por parte da comunidade como diretas e convincentes a favor dessa hipótese. O próprio Davis, que trabalha no problema havia 25 anos, descreveu o resultado com cautela reveladora — disse esperar tê-lo resolvido, não afirmar que o resolveu. Subir Sachdev, de Harvard, chamou a evidência de “bonita e direta”, mas Ali Yazdani, de Princeton, lembrou que correlação não estabelece causa, e que a prova definitiva seria conseguir, a partir do mecanismo, prever e fabricar deliberadamente um supercondutor com temperatura crítica ainda mais alta — o que ainda não aconteceu.
Esse é o ponto que separa avanço de resolução: mesmo os resultados mais bem-recebidos da última década fortalecem uma hipótese entre concorrentes, sem substituir a BCS por uma “teoria dos cupratos” com o mesmo grau de aceitação e poder preditivo. Um levantamento recente da literatura, quatro décadas depois da descoberta original, resume a situação como a persistência de teorias concorrentes, cada uma explicando parte dos dados, nenhuma dando conta de todo o conjunto de observações de forma unânime.
O problema fica mais estranho, não mais simples: os pnictídeos de ferro
Se os cupratos fossem uma anomalia isolada, seria tentador imaginar algo específico na química do cobre que explicasse tudo. Essa esperança perdeu força em 2008, quando o químico japonês Hideo Hosono e colaboradores descobriram uma segunda família de supercondutores não convencionais: os pnictídeos de ferro, compostos lamelares de arsênio e ferro como o LaOFeAs dopado com flúor, supercondutor a 26 K — modesto perto dos recordes dos cupratos, mas tão inesperado quanto, já que o ferro é um elemento associado ao magnetismo, historicamente visto como inimigo da supercondutividade.
Os pnictídeos não são cupratos com o cobre trocado por ferro — sua estrutura eletrônica é distinta o bastante para excluir um mecanismo exclusivo dos planos de cobre-oxigênio. O efeito sobre o problema teórico foi ambíguo: por um lado, ofereceu um segundo laboratório natural para testar hipóteses de pareamento não convencional, sugerindo que flutuações magnéticas antiferromagnéticas — e não uma peculiaridade do cobre — poderiam ser o ingrediente comum. Por outro, tornou mais claro que “supercondutividade não convencional” talvez seja uma categoria inteira de fenômenos com múltiplos mecanismos, multiplicando a dificuldade de uma teoria unificadora. Reportagens recentes, como as da Quanta Magazine no fim de 2024, seguem descrevendo outros supercondutores não convencionais — incluindo materiais de grafeno torcido — como “ainda bastante misteriosos”, nas palavras de físicos como Ashvin Vishwanath, de Harvard.
Sem mapa teórico, a busca por temperatura ambiente é essencialmente cega
Essa lacuna não é acadêmica apenas por “explicar por explicar”: sem um modelo microscópico preditivo e quantitativamente confiável, a física não tem como calcular, a partir de princípios básicos, que composição ou estrutura cristalina deveria produzir um supercondutor com temperatura crítica mais alta que a anterior. A pesquisa avança, em grande medida, por intuição química, analogia com famílias já conhecidas e um processo extenso de síntese e teste — o que os próprios físicos da área descrevem como busca guiada por heurísticas, não por uma equação que aponte “procure aqui”.
É esse vácuo teórico que explica por que a supercondutividade à temperatura e pressão ambiente segue tratada como objetivo de longuíssimo prazo, e por que qualquer alegação de descoberta nessa direção gera picos de atenção desproporcionais — porque, sem uma teoria capaz de prever de antemão se algo é plausível, a comunidade não tem como descartar rapidamente uma alegação extraordinária só olhando para a fórmula química. É preciso testar.
LK-99: um estudo de caso perfeito do problema
Em 22 de julho de 2023, três pesquisadores sul-coreanos — Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim e Young-Wan Kwon — publicaram, em pré-impressão sem revisão por pares, um artigo de título direto: “The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor”. A alegação era que o composto LK-99, uma estrutura de apatita de chumbo modificada pela substituição parcial de cobre por chumbo, supercondutia a até 400 K (127°C) em pressão ambiente — um supercondutor que funcionaria dentro de um forno ligado, sem resfriamento criogênico. Os autores relataram resistividade próxima de zero, um efeito Meissner parcial (a expulsão de campo magnético característica de supercondutores, visível como leve levitação sobre um ímã) e atribuíram o fenômeno a uma distorção estrutural do material.
O anúncio se espalhou com velocidade rara para um pré-print de física do estado sólido, amplificado por vídeos de amostras “levitando” parcialmente — efeito parecido com, mas fisicamente distinto de, a levitação Meissner completa de um supercondutor real. Em poucos dias, dezenas de laboratórios ao redor do mundo — da Índia à China, passando por instituições dos Estados Unidos e da Europa — deixaram de lado outras pesquisas para tentar replicar o LK-99, exatamente porque, sem teoria capaz de julgar a plausibilidade de antemão, a única forma de confirmar ou refutar era reproduzi-la, laboratório por laboratório.
Os resultados começaram a chegar já em agosto de 2023 — e nenhum confirmou supercondutividade genuína. Grupos independentes, incluindo o CSIR-National Physical Laboratory da Índia, as universidades Beihang e de Pequim na China, e as universidades Charles (Praga) e Princeton, sintetizaram amostras e observaram comportamento semicondutor, diamagnetismo fraco e sinais magnéticos que não correspondiam a um efeito Meissner real. A explicação mais consistente veio de um grupo do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências, liderado por Luo Jianlin, publicada na revista Matter em novembro de 2023: a queda de resistividade tinha causa mundana — uma impureza de sulfeto de cobre (Cu₂S) que sofre transição de fase estrutural (de hexagonal para monoclínica) perto de 385–400 K. Essa transição de primeira ordem produz queda abrupta de resistividade facilmente confundida com transição supercondutora, mas sem relação com pareamento de elétrons; a histerese térmica observada confirmou sua natureza de primeira ordem, incompatível com a transição supercondutora genuína, que é de segunda ordem.
O episódio não parece ter sido fraude deliberada, segundo a maior parte das análises publicadas, mas um erro de interpretação amplificado pela pressa de anunciar antes da revisão por pares — e pela ausência de uma triagem teórica capaz de sinalizar, de saída, que a alegação era fisicamente improvável. Com uma teoria microscópica preditiva equivalente em poder à BCS, a física poderia ter oferecido, em dias, uma avaliação quantitativa de plausibilidade. Em vez disso, a única ferramenta disponível foi a réplica experimental bruta, laboratório por laboratório, ao longo de semanas — o mesmo trabalho não guiado por teoria que caracteriza toda a busca por novos supercondutores desde 1986.
O que ainda não se sabe — e por que isso importa
Vale ser honesto sobre os limites do que este texto pode afirmar. A física da matéria condensada não está parada: o experimento de Davis em 2022, a confirmação em múltiplos sistemas do papel das flutuações magnéticas e a descoberta de novas famílias de supercondutores não convencionais — incluindo sistemas de grafeno bicamada torcido — representam progresso real. A teoria de superexchange de Anderson (1987) tem hoje evidência experimental direta que não existia havia uma década.
O que continua ausente é o que a BCS tinha e os cupratos ainda não têm: uma teoria microscópica única, quantitativamente preditiva, capaz de calcular a temperatura crítica de um material a partir de sua composição antes de sintetizá-lo, e aceita por consenso amplo como explicação completa do mecanismo de pareamento. Enquanto isso não existir, a distinção entre supercondutividade “resolvida” (metais simples, mecanismo fonônico, teto de dezenas de kelvin) e “não resolvida” (cupratos desde 1986, pnictídeos de ferro desde 2008) seguirá sendo uma das fronteiras mais ativas — e mais honestamente incompletas — da física contemporânea. E a busca pelo supercondutor de temperatura ambiente continuará precisando, a cada novo candidato anunciado, do mesmo processo lento e cético que desmontou o LK-99: replicar, medir, verificar — porque ainda não existe uma equação capaz de fazer esse trabalho antes.
Fontes citadas neste artigo
- Bardeen, J.; Cooper, L. N.; Schrieffer, J. R. “Theory of Superconductivity.” Physical Review, 1957 (submetido em julho de 1957, publicado em dezembro de 1957). Referenciado via American Physical Society, “July 1957: Bardeen, Cooper, and Schrieffer submit their paper, ‘Theory of Superconductivity'”, APS News: https://www.aps.org/apsnews/2007/07/bardeen-cooper-schrieffer-theory-superconductivity
- Bednorz, J. G.; Müller, K. A. “Possible high Tc superconductivity in the Ba−La−Cu−O system.” Zeitschrift für Physik B Condensed Matter, vol. 64, pp. 189–193, 1986 (submetido em abril de 1986, publicado em junho de 1986). Disponível via Springer: https://link.springer.com/article/10.1007/BF01303701
- American Physical Society. “This Month in Physics History: April 1986 — Bednorz and Müller announce evidence for high-temperature superconductivity.” APS News, 2023: https://www.aps.org/apsnews/2023/03/bednorz-muller-high-temperature-superconductivity
- The Nobel Prize in Physics 1987 — comunicado de imprensa oficial. Real Academia Sueca de Ciências, 14 de outubro de 1987: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1987/press-release/
- The Nobel Prize in Physics 1987 — página oficial de resumo: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1987/summary/
- Wikipedia. “K. Alex Müller” (verificação cruzada de cronologia — Tc de 35 K, confirmação por Tanaka e Chu em 1986, YBCO a 93 K): https://en.wikipedia.org/wiki/K._Alex_M%C3%BCller
- Wolchover, Natalie. “High-Temperature Superconductivity Understood at Last.” Quanta Magazine, 21 de setembro de 2022 (experimento de J. C. Séamus Davis confirmando a teoria de superexchange de Philip Anderson, 1987): https://www.quantamagazine.org/high-temperature-superconductivity-understood-at-last-20220921/
- Wolchover, Natalie (ou equipe Quanta). “Exotic New Superconductors Delight and Confound.” Quanta Magazine, 6 de dezembro de 2024 (estado atual da pesquisa em supercondutores não convencionais, incluindo sistemas de grafeno torcido; citações de Liang Fu e Ashvin Vishwanath): https://www.quantamagazine.org/exotic-new-superconductors-delight-and-confound-20241206/
- American Physical Society (Physics Magazine). “High-temperature superconductivity in the iron pnictides.” Physics, 2008 (descoberta de Hideo Hosono, LaOFeAs dopado com flúor, Tc de 26 K): https://physics.aps.org/articles/v1/21
- Lee, Sukbae; Kim, Ji-Hoon; Kwon, Young-Wan. “The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor.” Preprint, arXiv:2307.12008, submetido em 22 de julho de 2023 (alegação original do LK-99): https://arxiv.org/abs/2307.12008v1
- Physics World. “‘Room-temperature superconductor’ LK-99 fails replication tests.” Agosto de 2023 (tentativas de replicação por CSIR-National Physical Laboratory, Beihang University, Peking University, Charles University, Princeton, entre outros): https://physicsworld.com/a/room-temperature-superconductor-lk-99-fails-replication-tests/
- Phys.org / Chinese Academy of Sciences (Instituto de Física, equipe de Luo Jianlin). “Myth of room temperature superconductivity in LK-99 is shattered.” Novembro de 2023, com publicação associada na revista Matter em 24 de novembro de 2023 (identificação da impureza de Cu₂S e sua transição de fase estrutural como causa da queda de resistividade observada): https://phys.org/news/2023-11-myth-room-temperature-superconductivity-lk-.html
Nota metodológica: buscas de verificação de cobertura em português (Google Brasil) com termos como “supercondutividade alta temperatura explicação”, “por que cupratos supercondutores” e “teoria supercondutividade não resolvida” retornaram majoritariamente verbetes enciclopédicos (Wikipédia em português), páginas de glossário técnico e material acadêmico denso, sem um explicador jornalístico popular-mas-rigoroso equivalente ao formato deste artigo — confirmando a oportunidade editorial identificada e a ausência de sobreposição direta com cobertura brasileira existente de peso equivalente.