O mistério de décadas de 'metais estranhos' pode finalmente ser explicado: WebCuriosos
Os físicos forneceram uma solução elegante para o problema de 37 anos sobre por que os “metais estranhos” conduzem eletricidade de maneiras exóticas.
Esta teoria universal pode ajudar os cientistas a projetar supercondutores melhores para computadores quânticos, diz físico e co-autor Aavishkar Patel.
Metais estranhos se comportam de maneira estranha quando a eletricidade passa por eles. A temperaturas muito baixas, estes metais tornam-se supercondutores, o que significa que têm resistência zero ao fluxo de elétrons.
A resistência normalmente aumenta para todos os materiais em temperaturas mais altas porque os elétrons estão mais energizados e se chocam uns com os outros com mais frequência.
Contraintuitivamente, metais estranhos são até mais resistente ao fluxo de elétrons do que os metais comuns em temperaturas mais altas, embora sejam supercondutores em baixas temperaturas.
À medida que o metal estranho aquece, atinge uma temperatura crítica onde a resistência aumenta repentinamente. Além deste ponto, a resistência aumenta em proporção à temperatura, que pode ser representada como uma linha reta com tendência ascendente em um gráfico.
Metais comuns como ferro e cobre não se comportam dessa maneira. Nos metais comuns, a resistência aumenta com o quadrado da temperatura, que, uma vez representada graficamente, parece uma curva suave.
O que causa esse comportamento estranho? É uma combinação de emaranhamento quântico e aleatoriedade, de acordo com Patel, que trabalha no Flatiron Institute em Nova York, e colegas de várias outras universidades nos EUA.
Sozinhas, essas propriedades não conseguem explicar as peculiaridades dos metais estranhos, mas juntas, “tudo se encaixa”. diz Patel.
O emaranhamento descreve correlações entre partículas que lhes conferem uma espécie de identidade compartilhada. Em materiais como metais estranhos, pares de elétrons emaranhados chamados pares de Cooper têm propriedades ondulatórias que, em baixas temperaturas, os ajudam a deslizar mais facilmente através de uma floresta de átomos.
No entanto, o arranjo dos átomos dentro de metais estranhos também é relativamente aleatório. Os pares de Cooper distribuídos irregularmente através do material têm menos probabilidade de fluir na mesma direção à medida que a temperatura aumenta, randomizando seu momento de uma forma que causa resistência adicional à medida que se empurram.
“Essa interação de emaranhamento e não uniformidade é um efeito novo; nunca havia sido considerado antes para nenhum material”, diz Patel.
“Em retrospecto, é uma coisa extremamente simples. Durante muito tempo, as pessoas complicaram desnecessariamente toda essa história de metais estranhos, e isso simplesmente não era a coisa certa a fazer.”
O comportamento bizarro de metais estranhos foi descoberto pela primeira vez em cristais cerâmicos chamados cupratos em 1986. Os cientistas que sintetizaram este material, os físicos Georg Bednorz e Alex Müller, receberam o Prêmio Nobel por seus esforços.
Na época, este cuprato sintético era o supercondutor de temperatura mais alta já criado e desencadeou uma busca por mais materiais com essas propriedades – uma busca que continua até hoje.
Hoje, temos muitos materiais supercondutores, mas eles só funcionam em temperaturas extremamente baixas, alcançáveis com materiais e infraestrutura volumosos e caros, tornando-os impraticáveis para uso em larga escala.
Tornar metais estranhos menos estranhos pode ser um passo significativo para a criação de circuitos altamente eficientes e livres de resistência que operem em condições mais ambientais.
“Eu gostaria de chamá-los de metais incomuns neste momento, não de estranhos”, diz Patel.
O estudo foi publicado em Ciência.
