Os físicos forneceram uma solução elegante para o problema de 37 anos de por que ‘metais estranhos’ conduzem eletricidade de maneiras exóticas.
Essa teoria universal pode ajudar os cientistas a projetar melhores supercondutores para computadores quânticos, diz o físico e coautor Aavishkar Patel.
Metais estranhos se comportam de maneiras estranhas quando a eletricidade passa por eles. Em temperaturas muito baixas, esses metais se tornam supercondutores, o que significa que eles têm resistência zero ao fluxo de elétrons.
A resistência geralmente aumenta para todos os materiais em temperaturas mais altas porque os elétrons são mais energizados e colidem uns com os outros com mais frequência.
Contraintuitivamente, metais estranhos são ainda mais resistentes ao fluxo de elétrons do que metais comuns em temperaturas mais altas, embora sejam supercondutores em baixas temperaturas.
À medida que o estranho metal aquece, atinge uma temperatura crítica onde a resistência aumenta repentinamente. Além desse ponto, a resistência aumenta proporcionalmente à temperatura, que pode ser representada como uma linha reta tendendo para cima em um gráfico.
Metais comuns como ferro e cobre não se comportam dessa maneira. Nesses metais, 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 Estados Unidos.
Sozinhas, essas propriedades não explicam as peculiaridades de metais estranhos, mas juntas, “tudo se encaixa”, diz Patel.
O emaranhamento descreve correlações entre partículas que lhes dão uma espécie de identidade compartilhada. Em materiais como metais estranhos, pares de elétrons emaranhados chamados pares de Cooper têm propriedades semelhantes a ondas que, em baixas temperaturas, os ajudam a deslizar mais facilmente por 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, tornando seu momento aleatório de uma maneira que causa resistência adicional à medida que se empurram.
“Essa interação de emaranhamento e não uniformidade é um novo efeito; nunca havia sido considerado antes para nenhum material”, diz Patel.
“Em retrospecto, é uma coisa extremamente simples. Por 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 de cerâmica chamados cupratos em 1986. Os cientistas que sintetizaram esse material, os físicos Georg Bednorz e Alex Müller, receberam o Prêmio Nobel por seus esforços.
Na época, esse 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 operam em condições mais ambientais.
“Eu gostaria de chamá-los de metais incomuns neste momento, não estranhos”, diz Patel.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
