#Supercondutividade #Supercondutores
Um padrão oculto de elétrons pode fornecer pistas para o comportamento quântico exótico.
Listras escondidas em um cristal podem ajudar os cientistas a entender o misterioso comportamento dos elétrons em certos sistemas quânticos, incluindo supercondutores de alta temperatura, sugere uma descoberta inesperada dos físicos da RIKEN.
Os elétrons na maioria dos materiais interagem uns com os outros muito fracamente. Mas os físicos frequentemente observam propriedades interessantes em materiais nos quais os elétrons interagem fortemente uns com os outros. Nesses materiais, os elétrons geralmente se comportam coletivamente como partículas, dando origem a “quasipartículas”.
“Um cristal pode ser pensado como um universo alternativo com diferentes leis da física que permitem que diferentes partículas fundamentais vivam lá”, diz Christopher Butler, do RIKEN Center for Emergent Matter Science.
Butler e colegas examinaram um cristal no qual uma camada de átomos de níquel estava disposta em uma rede quadrada, como um tabuleiro de xadrez. Os elétrons individuais têm uma massa pequena, mas dentro desse cristal eles aparecem como quasipartículas sem massa.
A equipe começou a examinar esse estranho efeito usando um microscópio de tunelamento, mas isso se mostrou um desafio. O microscópio do tamanho de uma noz está alojado dentro de uma câmara de vácuo, cercada por uma sala cheia de equipamentos que criam baixas temperaturas e pressões ultrabaixas comparáveis às da superfície da Lua.
“Para examinar a superfície primitiva desses cristais, tentamos separar um pequeno floco, como fazem os geólogos”, diz Butler. “Mas temos que fazer isso dentro do vácuo, e esses cristais são tão frágeis que tendem a explodir em pó.”
Depois de inúmeras tentativas, eles conseguiram e usaram o microscópio para escanear o floco com uma pequena agulha – como um toca-discos – com uma voltagem através dela. Variar a voltagem permitiu que eles sondassem diferentes características.
A equipe confirmou que os átomos de níquel estavam dispostos em um arranjo semelhante a um tabuleiro de xadrez. Mas, para sua surpresa, os elétrons quebraram esse padrão e estavam alinhados em listras (Fig. 1). Isso é chamado de nematicidade – onde as interações no sistema fazem com que os elétrons exibam menos simetria do que o material subjacente.
Butler compara a descoberta a ficar perto de um lago e jogar uma pedra. “Você esperaria ver ondulações circulares, então se você visse ondulações aparecendo em linhas paralelas, saberia que algo estranho está acontecendo”, diz ele. “Isso exige uma explicação.”
Tais experimentos ajudarão os físicos a testar diferentes teorias propostas para o comportamento de sistemas quânticos com muitas interações de partículas, como supercondutores de alta temperatura. Esses novos resultados, por exemplo, se encaixam nas previsões feitas usando uma estrutura de “onda de densidade” proposta pelos coautores do estudo na Universidade de Nagoya, no Japão.
O comportamento de muitos elétrons em interação é difícil de prever, mesmo com supercomputadores”, diz Butler. “Mas pelo menos podemos observar o que eles estão fazendo sob um microscópio.”
Publicado em 14/04/2023 21h12
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