Nos metais, espera-se normalmente que os elétrons sejam difusivos em seu movimento, operando como partículas individuais – em outras palavras, eles não ganham impulso como um grupo.
Em um novo estudo, os cientistas descobriram um tipo de metal onde os elétrons realmente fluem de forma fluida – como a água em um tubo – interagindo com quasipartículas chamadas fônons, que emergem de vibrações em uma estrutura cristalina.
Isso faz com que os elétrons mudem de comportamento difusivo (tipo partícula) para hidrodinâmico (tipo fluido) em seu movimento.
O supercondutor de metal que causa esse comportamento é uma síntese de nióbio e germânio chamada ditetrelide (NbGe2), relata a equipe de pesquisa. Potencialmente, isso poderia dar origem a um novo tipo de dispositivo eletrônico.
“Queríamos testar uma previsão recente do ‘fluido elétron-fônon'”, disse o físico experimental Fazel Tafti, do Boston College.
“Normalmente, os elétrons são espalhados pelos fônons, o que leva ao movimento difusivo usual dos elétrons nos metais. Uma nova teoria mostra que, quando os elétrons interagem fortemente com os fônons, eles formarão um líquido elétron-fônon unido. Este novo líquido fluirá dentro do metal exatamente da mesma forma que a água flui em um cano. ”
Três métodos experimentais confirmaram a hipótese do fluido elétron-fóton elaborada por Tafti e seus colegas. A primeira foi a medição da resistividade elétrica do metal, que mostrou que seus elétrons tinham uma massa maior do que normalmente seria esperado.
Em segundo lugar, a análise de espalhamento de laser Raman mostrou que a vibração de NbGe2 mudou devido ao fluxo incomum de elétrons e, finalmente, as técnicas de difração de raios-X revelaram a estrutura cristalina do metal.
A massa dos elétrons era três vezes maior do que deveria ser, mostrou uma abordagem de mapeamento de materiais conhecida como oscilações quânticas: outro sinal de que os elétrons e fônons estavam causando um comportamento incomum.
“Isso foi realmente surpreendente porque não esperávamos tais ‘elétrons pesados’ em um metal aparentemente simples”, diz Tafti.
“Eventualmente, entendemos que a forte interação elétron-fônon era responsável pelo comportamento do elétron pesado. Como os elétrons interagem com as vibrações da rede, ou fônons, fortemente, eles são ‘arrastados’ pela rede e parece que eles ganharam massa e tornar-se pesado. ”
Atualmente, há muito interesse de pesquisa na ideia de líquidos elétron-fônon, mesmo que ainda não esteja totalmente claro quais podem ser as implicações para os aparelhos eletrônicos e sistemas de comunicação do futuro.
Este novo trabalho abre muitas opções interessantes para pesquisas futuras. Em seguida, os pesquisadores querem encontrar outros materiais que se comportem da mesma forma que o NbGe2 e trabalhar no controle do fluxo de fluido de elétrons para futuras aplicações.
“Enquanto o espalhamento elétron-fônon relaxa o momento do elétron nos metais, uma troca perpétua de momento entre fônons e elétrons pode conservar o momento total e levar a um líquido elétron-fônon acoplado”, explicam os pesquisadores em seu estudo.
“Essa fase da matéria pode ser uma plataforma para a observação da hidrodinâmica dos elétrons.”
Publicado em 09/09/2021 00h24
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