Este novo tipo de "metal estranho" não transporta carga elétrica por elétrons

Um tipo de material conhecido como “metal estranho” apresentou um comportamento digno de seu apelido. Em um novo estudo, uma equipe de pesquisadores observou em sua amostra uma carga elétrica transportada não por elétrons, mas por entidades mais semelhantes a ondas, conhecidas como pares de Cooper. É a primeira vez que um comportamento de metal estranho é visto em um sistema como este.

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Metais estranhos

As propriedades de condução elétrica na maioria dos metais comuns são muito afetadas pela temperatura, mas há uma exceção que intriga os cientistas há algum tempo — os metais estranhos, ou planckianos.

Pesquisas anteriores já encontraram características em comum entre os metais estranhos e os buracos negros, o que por si só já diz o quanto eles podem ser realmente esquisitos. Mas, além disso, eles são bizarros até para quem está acostumado com a mecânica quântica.

Essa matéria — ou, segundo alguns estudos, estado da matéria — parece não seguir as regras elétricas tradicionais, mas compreendê-la pode ser crucial para desvendar segredos do mundo quântico e ajudaria a entender fenômenos como a supercondutividade de alta temperatura.

O comportamento do metal estranho foi descoberto há cerca de 30 anos em uma classe de materiais chamados cuprate, palavra que deriva do termo latim para cobre. São materiais de óxido de cobre supercondutores de alta temperatura, ou seja, conduzem eletricidade com resistência zero em temperaturas muito acima dos supercondutores normais — o que é uma vantagem para computação quântica, por exemplo.

Mas a estranheza começa realmente quando se aumenta a temperatura dos cupratos. Ao fazer isso, a resistência deles aumenta de maneira estritamente linear. Em metais normais, a resistência aumenta apenas até certo ponto, quando os elétrons que fluem metal “batem” na estrutura atômica vibrante do metal, fazendo com que eles se espalhem.

Esse comportamento dos metais normais segue a teoria de um estado quântico da matéria chamado Fermi-líquido. Essa teoria estabelece uma taxa máxima na qual o espalhamento de elétrons pode ocorrer, mas metais estranhos não seguem essas regras, e ninguém sabe ao certo porquê.

Bósons ou férmions?

No Modelo Padrão, todas as partículas que constituem a matéria (como quarks e elétrons) são férmions, assim como partículas relacionadas a elas (múon, o tau e os neutrinos). Por outro lado, as partículas que geram forças (como fótons, glúons e os hipotéticos grávitons), são bósons.

Em supercondutores normais, os elétrons se unem para formar pares de Cooper, que podem deslizar através de uma rede atômica sem resistência. Apesar de serem formados por dois férmions (elétrons), os pares de Cooper podem atuar como bósons, que seguem regras muito diferentes dos férmions.

Os autores do novo estudo já haviam demonstrado que os bósons em pares de Cooper podem produzir comportamento metálico, o que significa que podem conduzir eletricidade com alguma resistência. Em um novo estudo, a equipe queria descobrir se os metais bosônicos do par Cooper também eram metais estranhos.

Para isso, eles usaram o material cuprato com pequenos orifícios que induzem o estado metálico do par de Cooper, e o resfriaram até pouco acima da temperatura de supercondutor. Assim, eles encontraram propriedades de condução no par de Cooper linear com a temperatura — característica de metais estranhos.

Esta foi a primeira vez que um comportamento de metal estranho é observado em um sistema bosônico. “Nosso trabalho”, disse Jim Valles, um dos autores do estudo, “mostra que se você for modelar o transporte de carga em metais estranhos, esse modelo deve se aplicar a férmions e bósons — mesmo que esses tipos de partículas sigam regras fundamentalmente diferentes”.

O artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: Brown University