Novas descobertas permitem estudos experimentais para controlar e desenvolver os fenômenos multiescala de materiais interdependentes complexos.
Os pesquisadores da Universidade Bar-Ilan, Havlin e Frydman, demonstraram a teoria da “rede das redes” usando um sistema controlado de redes supercondutoras interdependentes. O estudo confirma que as redes acopladas exibem transições abruptas sob temperaturas variadas, validando a teoria de Havlin de 2010. Esta pesquisa inovadora tem implicações significativas em física, ciência de materiais e aplicações de dispositivos, potencialmente levando a novos desenvolvimentos em sistemas de autocorreção, sensores sensíveis e metamateriais de rede.
Em 2010, o Prof. Shlomo Havlin e colaboradores publicaram um artigo na revista Nature propondo que a queda abrupta de eletricidade que causou o famoso apagão de 2003 na Itália foi consequência da interdependência de duas redes. De acordo com a teoria de Havlin, a dependência entre a rede de energia e seu sistema de comunicação levou a falhas em cascata e colapso abrupto. O trabalho seminal de Havlin iniciou um novo campo na física estatística conhecido como “rede de redes” ou “redes interdependentes” e abriu caminho para a compreensão e previsão dos efeitos da interação entre as redes.
A principal novidade do modelo de Havlin é a existência de dois tipos de links que representam dois tipos de interações qualitativamente diferentes. Nas redes, os links entre os nós descrevem a conectividade, como energia elétrica ou conexões de comunicação. Entre as redes, por outro lado, os links descrevem relacionamentos de dependência nos quais a funcionalidade de um nó em uma rede depende da funcionalidade de um nó na outra. Os hubs de comunicação precisam de eletricidade e as centrais elétricas dependem do controle de comunicação. Essa dependência leva a um efeito cascata no qual a falha de um único nó em uma das redes pode levar a uma quebra abrupta de ambas as redes.
Na última década, Havlin, do Departamento de Física da Universidade Bar-Ilan, em Israel, e outros aplicaram esse conceito a uma variedade de sistemas abstratos, como internet, tráfego rodoviário, economia, infraestrutura e mais. Mas sendo um teórico, Havlin foi incapaz de manifestar a hipótese em sistemas físicos experimentais reais e, portanto, a teoria não pôde ser confirmada em experimentos controlados, nem poderia ser implementada para aplicações do tipo dispositivo.
Recentemente, Havlin juntou forças com seu colega Prof. Aviad Frydman, um experimentalista do departamento de Física de Bar-Ilan especializado em propriedades elétricas de sistemas desordenados, em particular supercondutores. A supercondutividade é um fenômeno observado em certos metais onde a resistência elétrica desaparece quando o sistema é resfriado abaixo de uma temperatura crítica.
Inspirado pela teoria de Havlin, o grupo de Frydman desenvolveu um sistema controlado de redes supercondutoras interdependentes, uma analogia física às redes interdependentes envolvidas no apagão da Itália. As duas redes supercondutoras são separadas por uma camada que é um isolante elétrico, mas permite a transferência de calor entre as redes, criando assim um sistema de dois tipos de interações. Dentro de cada camada, as correntes elétricas representam os links de conectividade, enquanto o calor que flui entre as redes representa os links de dependência, pois pode interromper os segmentos de supercondutividade.
Os grupos colaborativos de Havlin e Frydman incluíam o gerente de laboratório Dr. Ira Volotsenko e três alunos de pós-graduação, Dr. Ivan Bonamassa, Bnaya Gross e Maayan Laav.
A pesquisa conduzida pelos dois grupos, publicada hoje (1º de maio) na revista Nature Physics, mostra que, enquanto redes separadas e desacopladas exibem uma transição suave e contínua entre um supercondutor e um metal normal à medida que a temperatura aumenta, os sistemas acoplados mostram uma transição abrupta , transição descontínua, conforme previsto pela teoria. Isso é atribuído ao fato de que a corrente que flui em um segmento normal de uma camada faz com que um segmento sobreposto na outra camada fique mais quente e, portanto, perca sua supercondutividade. Este processo de feedback térmico entre as camadas continua de forma autopropagante (ou seja, cascateando para frente e para trás entre as camadas) e eventualmente resulta em uma avalanche de propagação espontânea de junções entrando na fase metálica.
O estudo inovador estabelece a primeira referência de laboratório de física para a manifestação da teoria de redes interdependentes, permitindo estudos experimentais para controlar e desenvolver ainda mais os fenômenos multiescala de materiais interdependentes complexos.
Esta pesquisa tem grande importância em várias disciplinas, incluindo física básica, ciência dos materiais e aplicações de dispositivos. Na física básica, o impacto científico está na descoberta de novos fenômenos físicos relacionados às transições de fase. Os resultados demonstram que as transições de fase governadas por um único tipo de interação, extensivamente estudadas por mais de 100 anos, são apenas um caso limite de um fenômeno geral muito mais rico, governado por vários tipos de interações. Os resultados também podem levar à
Publicado em 04/05/2023 02h13
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