Uma equipe de pesquisadores nos Estados Unidos descobriu que os elétrons em um supercondutor de metal de transição chamado ditrelídeo fluem como um fluido, em vez de se comportarem como partículas individuais. A descoberta, que está ligada à física dos líquidos elétron-fônon, poderia lançar uma nova luz sobre as propriedades fundamentais desses materiais tecnologicamente importantes e suas aplicações potenciais.
Os elétrons geralmente viajam através dos metais por difusão, sendo espalhados pelos fônons (quasipartículas que surgem das vibrações da rede cristalina) ao longo do caminho. Uma teoria desenvolvida recentemente, no entanto, sugere que, sob certas condições, um líquido elétron-fônon acoplado pode se formar, no qual os elétrons fazem a transição de um fluxo difusivo (semelhante a uma partícula) para um hidrodinâmico (semelhante a um fluido). Nesse caso, os elétrons fluiriam para dentro do metal como a água flui por um tubo.
A teoria também prevê que esses líquidos elétron-fônon devem se formar quando certas outras interações (incluindo o espalhamento elétron-elétron de Umklapp) são suprimidas, permitindo que os elétrons transfiram o momento para a rede cristalina do material. As condutividades elétricas e térmicas de tais líquidos devem ser maiores do que as dos líquidos convencionais (Fermi), nos quais os elétrons se propagam através de metais com correlações elétron-elétron fracas. Até o presente estudo, entretanto, tais líquidos não haviam sido vistos em laboratório por falta de materiais adequados para experimentos.
Três técnicas experimentais diferentes
Pesquisadores liderados por Fazel Tafti, do Boston College, encontraram agora evidências de um líquido elétron-fônon no germaneto de nióbio (NbGe2), um metal supercondutor também conhecido como ditetrelídeo. A equipe estudou o comportamento dos elétrons neste material usando três técnicas diferentes. A primeira, oscilações quânticas, revelou que a massa efetiva dos elétrons era três vezes maior do que o valor esperado, o que implica que há interação elétron-fônon. Em segundo lugar, as medições de resistividade elétrica revelaram uma discrepância entre os dados experimentais e os valores esperados para líquidos Fermi padrão. Finalmente, o espalhamento Raman mostrou uma mudança na vibração do cristal NbGe2 graças ao fluxo fluido de elétrons. Além disso, a equipe descobriu que os espectros Raman dos fônons em diferentes temperaturas se encaixam melhor em um modelo que leva em consideração o acoplamento fônon-elétron.
Os pesquisadores, que relatam seu trabalho na Nature Communications, dizem que agora seria interessante realizar experimentos mais diretos no NbGe2 para verificar o comportamento hidrodinâmico de seus elétrons. “Nosso trabalho implica que a massa efetiva do elétron mais pesada do que o esperado vem de fortes interações elétron-fônon e demonstramos isso pela primeira vez em um supercondutor de metal”, disse o membro da equipe Hung-Yu Yang. Para apoiar esta descoberta, Yang sugere que um teste possível seria reduzir o tamanho da amostra para a nanoescala e ver se ela se comporta de maneira diferente, assim como fica mais difícil para a água fluir através de um tubo conforme o tubo fica mais estreito. “Outra direção seria encontrar mais candidatos a líquido elétron-fônon usando o princípio de design que propusemos”, disse ele à Physics World.
Publicado em 02/11/2021 08h56
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