doi.org/10.1038/s41467-024-48043-4
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#Metais
Novas descobertas sugerem a necessidade de reavaliar as teorias atuais sobre as interações dos elétrons, levando a uma melhor compreensão das propriedades magnéticas, da supercondutividade em alta temperatura e do comportamento dos metais transparentes.
Os pesquisadores revelaram fenômenos anteriormente não observados em uma amostra ultralimpa do metal correlacionado SrVO3 em um artigo publicado em 24 de junho na revista Nature Communications.
O estudo oferece insights experimentais que desafiam os modelos teóricos predominantes desses metais incomuns.
A equipe de pesquisa internacional – do Instituto Paul Drude de Eletrônica de Estado Sólido (PDI), Alemanha; Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL); Universidade Estadual da Pensilvânia; Universidade de Pitsburgo; o Instituto Quantum de Pittsburgh; e a Universidade de Minnesota – acredita que suas descobertas levarão a uma reavaliação das teorias atuais sobre os efeitos da correlação eletrônica, lançando luz sobre as origens de fenômenos valiosos nesses sistemas, incluindo propriedades magnéticas, supercondutividade em alta temperatura e as características únicas de sistemas altamente incomuns de metais transparentes.
As propriedades peculiares dos líquidos de Fermi
O material de óxido de perovskita SrVO3 é classificado como um líquido de Fermi – um estado que descreve um sistema de elétrons interagindo em um metal a temperaturas suficientemente baixas.
Nos metais convencionais, os elétrons que conduzem eletricidade se movem de forma independente, comumente referido como gás Fermi.
Em contraste, os líquidos de Fermi apresentam interações mútuas significativas entre os elétrons, o que significa que o movimento de um elétron influencia fortemente os outros.
Este comportamento coletivo pode levar a propriedades eletrônicas únicas com aplicações tecnológicas profundas, fornecendo insights sobre as interações entre elétrons em metais correlacionados.
SrVO3 serve como um sistema modelo ideal para estudar fenômenos de correlação eletrônica devido à sua simplicidade cristalina e eletrônica.
Esta simplicidade é crucial para a compreensão de fenómenos complexos como a ordem magnética ou a supercondutividade, que podem complicar estudos teóricos e experimentais.
O Impacto da Pureza do Material na Precisão Experimental
Outro fator crucial na compreensão dos resultados experimentais que orientam os modelos teóricos para os efeitos da correlação eletrônica é a presença ou ausência de defeitos no próprio material.
Roman Engel-Herbert, líder do estudo e diretor do PDI em Berlim, disse: “Se você deseja descobrir um dos segredos mais bem guardados da física da matéria condensada, então você deve estudá-lo em sua forma mais pura; na ausência de qualquer perturbação extrínseca.
Materiais de alta qualidade praticamente isentos de defeitos são essenciais.
Você precisa sintetizar materiais ultralimpos.” Conseguir uma amostra livre de defeitos de SrVO3 tem sido um desafio aparentemente intransponível até agora.
Ao empregar uma técnica inovadora de crescimento de filme fino que combina as vantagens da epitaxia por feixe molecular e da deposição química de vapor, a equipe alcançou um nível sem precedentes de pureza do material.
Matt Brahlek, primeiro autor do estudo publicado hoje, quantifica a melhoria: “Uma medida simples da pureza do material é a proporção da facilidade com que a eletricidade flui à temperatura ambiente em comparação com a baixa temperatura, chamada de taxa de resistividade residual, valor RRR.
Se o metal contiver muitos defeitos, os valores de RRR serão baixos, normalmente em torno de 2-5.
Conseguimos sintetizar filmes de SrVO3 com RRR quase 100 vezes maior, 200, abrindo a porta para estudar as verdadeiras propriedades do metal correlacionado SrVO3.
Em particular, a elevada qualidade do material permitiu pela primeira vez aceder ao regime especial em campos magnéticos elevados, onde foram encontradas surpresas.”
Descobertas sem precedentes desafiam teorias estabelecidas
A equipe interdisciplinar de cientistas ficou surpresa ao descobrir uma série de fenômenos de transporte peculiares que contrastavam fortemente com as propriedades de transporte medidas anteriormente em amostras altamente defeituosas.
Suas descobertas desafiam o consenso científico de longa data sobre o SrVO3 como um simples líquido de Fermi.
Engel-Herbert explica: “Esta situação era muito emocionante, mas também intrigante.
Embora tenhamos reproduzido o comportamento de transporte relatado anteriormente de SrVO3 em nossas amostras altamente defeituosas, medições idênticas em amostras ultralimpas com altos valores de RRR diferiram.” Os resultados de amostras defeituosas permitiram uma interpretação direta dos resultados que corresponderam às expectativas teóricas.
Esses resultados foram utilizados como evidência experimental de que o entendimento teórico capturou corretamente os efeitos da correlação eletrônica no SrVO3.
No entanto, a equipe descobriu que as medições nas amostras ultralimpas não podiam ser explicadas tão facilmente.
Brahlek acrescentou: “Uma observação que se destaca é a expectativa de que o número de elétrons que transportam eletricidade em um metal é independente da temperatura e do campo magnético.
Isto é obviamente verdade, mas a interpretação da quantidade medida não é uma medida direta da concentração do transportador.
Em vez disso, esta quantidade está misturada com outros aspectos das propriedades do material, tais como a forma como os defeitos e a temperatura impactam o fluxo de eletricidade.
Tivemos que nos aprofundar na física para entender o que vimos.
É isso que o torna tão importante e emocionante.” Os pesquisadores acreditam que sua descoberta pode servir de base para refinar modelos teóricos e levar a um reexame de visões e interpretações estabelecidas de materiais que exibem uma correlação eletrônica considerável.
Engel-Herbert diz: “Nosso trabalho como físicos experimentais é ir além dos limites da compreensão atual da natureza.
É aqui que as descobertas podem ser feitas, onde avançamos a ciência.
Como físico da matéria condensada, é fundamental continuar aperfeiçoando nosso objeto de estudo, desafiando-nos a ultrapassar os limites do aperfeiçoamento de materiais.
Isto pode potencialmente fornecer novos insights sobre o verdadeiro comportamento desta classe de materiais e permitir uma explicação abrangente dos fenômenos medidos e observados.
“É necessária uma equipe interdisciplinar de especialistas para fazer isso.
Embora o trabalho ainda não esteja concluído, os nossos resultados são uma oportunidade para a comunidade recalibrar as suas teorias; reexaminar materiais que acreditávamos serem bem compreendidos e reavaliar seu potencial para aplicações.”
Publicado em 27/06/2024 03h48
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