Este novo fenômeno comprime elétrons a uma velocidade que os físicos não sabiam que era possível

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Originalmente por Bec Crew | Science Alert

Traduzido e adaptado por Matheus Gonçalves.

 

Imagine 50 pessoas tentando se espremer e passar por uma porta ao mesmo tempo. Isto certamente desaceleraria todo mundo. Mas e se de alguma forma todos pudessem passar pela porta mais rápido do que uma pessoa passaria sozinha?

Parece loucura, mas físicos descobriram algo parecido com elétrons, demonstrando que sob certas condições, grandes grupos de elétrons podem se espremer através de um pequeno espaço em um pedaço de metal de forma mais rápida do que a física atual poderia prever.

Chamando isto de “fluxo superbalístico”, o comportamento recentemente descoberto descreve como os grupos de elétrons podem viajar através de espaços apertados mais rapidamente que um único elétron, e isto poderia fazer com que materiais transmitam eletricidade quase sem resistência.

Isso seria ótimo, porque a supercondutividade (um dos fenômenos mais intrigantes e potencialmente lucrativos da física) normalmente só acontece em temperaturas extremamente baixas, em torno de -267º C.

Se os pesquisadores conseguirem recriar este fluxo superbalístico de elétrons em um material condutor, eles poderiam usufruir de alguns benefícios da supercondutividade na tão sonhada temperatura ambiente.

Descrevendo seu modelo teórico de como os elétrons fluem através de minúsculas lacunas de metal, físicos do MIT descobriram que grandes grupos de elétrons poderiam se “coordenar” entre si para exceder o que é considerado um limite de velocidade para elétrons em espaços apertados – conhecido como limite balístico.

Ao simular o comportamento dos elétrons espremendo-os através de um espaço apertado, eles notaram que as partículas se comportavam de forma semelhante ao que acontece com partículas de gás que passam por um ponto apertado. Se você observar a nível molecular um gás passando por uma passagem apertada, verá que partículas individuais se movem aleatoriamente, e é muito mais provável que elas batam nas paredes do túnel do que façam uma passagem perfeitamente desobstruída.

“Em um grupo maior de moléculas, a frequência de colisões será maior entre as moléculas do que com as paredes”, afirma David Chandler, um dos pesquisadores responsáveis pelo estudo. Colisões entre moléculas são “sem perdas energéticas”, uma vez que a energia total das partículas que colidem é preservada e não causa uma desaceleração geral.

Quando a equipe recriou este cenário usando elétrons e vários materiais – incluindo o grafeno -, eles descobriram que os elétrons poderiam se mover de forma bem mais coordenada.

Isto era completamente inesperado, e quebrou o limite balístico de Landauer, abrindo caminho para uma nova velocidade: a superbalística.

E agora? Considerando que os pesquisadores recriaram o comportamento dos gases em elétrons, a descoberta aponta para a possibilidade de a eletrônica alcançar alta potência com pouca energia.

E ao contrário da supercondutividade, que atinge zero resistência elétrica ao preço de temperaturas incrivelmente baixas (algo caro para se fazer), isto funciona em temperatura ambiente.

Os pesquisadores admitem que seu trabalho até agora é puramente teórico, mas salientam que vários aspectos de suas previsões já foram provados de forma experimental por estudos anteriores.

David Goldhaber-Gordon, físico da Universidade de Stanford, que não estava envolvido na pesquisa, afirma que testar estas previsões experimentalmente seria totalmente viável em laboratório utilizando grafeno.

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