Uma descoberta está desafiando nossa compreensão de como a eletricidade se move através dos materiais. Esta revelação gira em torno de uma categoria de materiais conhecidos como “metais estranhos”, e os achados deixaram os físicos intrigados e questionando conceitos de longa data sobre correntes elétricas.
Comportamento Inconvencional em Metais Estranhos
Normalmente, quando pensamos em eletricidade, imaginamos elétrons movendo-se uniformemente através de um condutor, como dançarinos seguindo o ritmo de uma música. No entanto, os metais estranhos desafiam essa norma. Esses materiais foram observados pela primeira vez no final do século 20 em certos compostos à base de cobre, que exibiam ausência de resistência a correntes elétricas em temperaturas relativamente altas. O que diferencia os metais estranhos é a sua resposta única ao calor. Ao contrário dos metais típicos, cuja resistência varia e eventualmente se estabiliza com a temperatura, os metais estranhos aumentam sua resistência de maneira consistente para cada grau de aumento de temperatura.
Esse comportamento peculiar na resistência sugere que as correntes elétricas em metais estranhos operam de maneira diferente. Em metais normais, a interação das partículas carregadoras de carga com átomos circundantes é semelhante a um jogo de pinball. Mas, em metais estranhos, as interações não são tão diretas. A eletricidade, sendo um fenômeno quântico, envolve a interação de partículas que se unem para formar o que são conhecidos como quasipartículas. Surge então a questão de se essas quasipartículas podem explicar os padrões de resistência incomuns observados em metais estranhos.
Medidas Quânticas Revelam Novas Percepções
Para aprofundar esse mistério, pesquisadores dos Estados Unidos e da Áustria realizaram experimentos de medição quântica em nanofios compostos por itérbio, ródio e silício (YbRh2Si2). Seu objetivo era determinar se o fluxo de elétrons em metais estranhos é resultado de um desfile constante de quasipartículas.
Uma ferramenta chave em sua investigação foi o fenômeno do ruído de disparo. O ruído de disparo ocorre devido à natureza quântica das partículas e pode ser imaginado como o estalar irregular de fótons de luz de um laser. Ao medir esse ruído, os pesquisadores esperavam entender a granularidade das cargas em movimento através de um condutor.
Doug Natelson, físico da Universidade Rice e autor sênior do estudo, explicou o conceito vividamente. Ele comparou o movimento de portadores de carga discretos em uma corrente elétrica a carros em uma rodovia, às vezes se movendo perto um do outro e às vezes mais afastados. As descobertas da equipe foram surpreendentes: o ruído de disparo em suas amostras foi altamente suprimido, indicando que interações típicas entre elétrons e seu ambiente, como visto em metais convencionais, não estavam ocorrendo. Isso sugeria que quasipartículas podem não ser responsáveis pelo fluxo de elétrons em metais estranhos.
Em vez disso, a pesquisa apontou para um movimento mais fluido da carga, alinhando-se com uma teoria proposta há mais de duas décadas por Qimiao Si, um físico de matéria condensada da Universidade Rice. A teoria de Si postulou que em temperaturas próximas a zero, os elétrons em certas áreas deixam de exibir características necessárias para formar quasipartículas.
Embora o comportamento convencional de quasipartículas possa ser descartado, a equipe ainda não conseguiu determinar totalmente a natureza dessa corrente ‘líquida’. Se esse fenômeno é único para o composto YbRh2Si2 ou pode ser observado em outros metais estranhos ainda é uma questão aberta. Natelson destacou a necessidade de uma nova terminologia e conceitos para descrever como a carga se move coletivamente nesses materiais.
Esta pesquisa foi publicada no periódico Science.
