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Jan 12, 2024

Cientistas identificam mecanismo que explica as propriedades características de ‘metais estranhos’

17 de agosto de 2023 Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo a credibilidade do conteúdo:

17 de agosto de 2023

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publicação revisada por pares

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pela Fundação Simons

Durante quase 40 anos, materiais chamados “metais estranhos” confundiram os físicos quânticos, desafiando qualquer explicação por operarem fora das regras normais da eletricidade.

Agora, uma pesquisa liderada por Aavishkar Patel, do Centro de Física Quântica Computacional (CCQ) do Flatiron Institute, na cidade de Nova York, identificou, finalmente, um mecanismo que explica as propriedades características de metais estranhos.

Na edição de 18 de agosto da revista Science, Patel e os seus colegas apresentam a sua teoria universal sobre a razão pela qual os metais estranhos são tão estranhos – uma solução para um dos maiores problemas não resolvidos da física da matéria condensada.

O comportamento estranho do metal é encontrado em muitos materiais quânticos, incluindo alguns que, com pequenas mudanças, podem se tornar supercondutores (materiais nos quais os elétrons fluem com resistência zero em temperaturas suficientemente baixas). Essa relação sugere que a compreensão de metais estranhos pode ajudar os investigadores a identificar novos tipos de supercondutividade.

A nova teoria surpreendentemente simples explica muitas curiosidades sobre metais estranhos, como por que a mudança na resistividade elétrica – uma medida da facilidade com que os elétrons podem fluir através do material como corrente elétrica – é diretamente proporcional à temperatura, mesmo em temperaturas extremamente baixas. Essa relação significa que um metal estranho resiste mais ao fluxo de elétrons do que um metal comum, como ouro ou cobre, à mesma temperatura.

A nova teoria baseia-se numa combinação de duas propriedades de metais estranhos. Primeiro, seus elétrons podem se tornar emaranhados mecanicamente quânticos uns com os outros, unindo seus destinos, e eles permanecem emaranhados mesmo quando separados distantemente. Em segundo lugar, os metais estranhos têm um arranjo de átomos não uniforme, semelhante a uma colcha de retalhos.

Nenhuma das propriedades por si só explica as estranhezas dos metais estranhos, mas, em conjunto, “tudo se encaixa”, diz Patel, que trabalha como Flatiron Research Fellow no CCQ.

A irregularidade do layout atômico de um metal estranho significa que os emaranhados de elétrons variam dependendo de onde ocorreu o emaranhamento no material. Essa variedade adiciona aleatoriedade ao momento dos elétrons à medida que eles se movem através do material e interagem entre si. Em vez de fluirem juntos, os elétrons se chocam em todas as direções, resultando em resistência elétrica. Como os elétrons colidem com mais frequência quanto mais quente o material fica, a resistência elétrica aumenta junto com a temperatura.

“Essa interação de emaranhamento e não uniformidade é um efeito novo; nunca havia sido considerado antes para nenhum material”, diz Patel. "Em retrospecto, é uma coisa extremamente simples. Durante muito tempo, as pessoas complicaram desnecessariamente toda essa história de metais estranhos, e isso simplesmente não era a coisa certa a fazer."

Patel diz que uma melhor compreensão de metais estranhos poderia ajudar os físicos a desenvolver e ajustar novos supercondutores para aplicações como computadores quânticos.

“Há casos em que algo quer se tornar supercondutor, mas não o faz, porque a supercondutividade é bloqueada por outro estado concorrente”, diz ele. "Poderíamos perguntar então se a presença dessas não-uniformidades pode destruir esses outros estados com os quais a supercondutividade compete e deixar o caminho aberto para a supercondutividade."

Agora que os metais estranhos são um pouco menos estranhos, o nome pode parecer menos adequado do que antes. “Eu gostaria de chamá-los de metais incomuns neste momento, não de estranhos”, diz Patel.