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Repensando a forma fundamental como os elétrons interagem em materiais quânticos supercondutores
Os cientistas descobriram uma nova reviravolta em uma das interações fundamentais que sustentam o mundo físico - a interação da energia entre os elétrons em um material sólido.
Por Jim Shelton - 27/01/2021


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Os cientistas descobriram uma nova reviravolta em uma das interações fundamentais que sustentam o mundo físico - a interação da energia entre os elétrons em um material sólido.

É a interação entre os elétrons que está no cerne da supercondutividade, a habilidade de um material de mover uma corrente elétrica com resistência zero. Para conseguir isso, esses supercondutores devem ser resfriados a temperaturas muito baixas - normalmente cerca de 423 graus Fahrenheit negativos. Compreender as interações de elétrons, dizem os cientistas, pode ajudá-los a criar uma nova geração de materiais quânticos supercondutores que funcionam em temperaturas mais altas e mais fáceis de gerenciar.

“ Durante décadas, o sonho foi fazer supercondutores de alta temperatura que operassem tão alto quanto a temperatura ambiente, mas há muito que ainda não entendemos sobre supercondutividade”, disse Eduardo H. da Silva Neto , professor assistente de física da Yale e o autor correspondente de um novo estudo que examinou como os elétrons interagem em materiais à base de cobre.

O estudo foi publicado na revista Nature Communications.

Ao examinar as interações de elétrons em óxidos de cobre, os pesquisadores prestaram muita atenção a uma lei fundamental da física conhecida como lei de Coulomb, que afirma que cargas opostas se atraem e cargas semelhantes se repelem.

O que eles descobriram foi surpreendente. Usando um método chamado espalhamento inelástico de raios-X ressonante (RIXS), eles descobriram que os elétrons dentro dos óxidos de cobre criam ondas flutuantes de carga elétrica que emanam não apenas em duas direções - algo que os cientistas observaram na última década - mas em todas as direções.

“ Embora as ondas de densidade de carga sejam geralmente orientadas ao longo dos eixos do cristal - as linhas que usamos para entender o arranjo dos átomos em um cristal - descobrimos que por um breve período de tempo elas podem girar em outra direção e voltar, criando novas estruturas a partir de quais novas propriedades podem surgir ”, disse da Silva Neto, que é membro do corpo docente do Instituto de Ciências da Energia de Yale no Campus Oeste.

Ninguém viu isso chegando. A interação de Coulomb governa a maioria dos fenômenos físicos que já experimentamos.

alex frano

A implicação, disseram os pesquisadores, é que os elétrons em um material sólido podem interagir de uma forma que infringe a lei de Coulomb. Em alguns casos, a presença de átomos no sólido pode até mesmo fazer com que elétrons com a mesma carga elétrica se atraiam em vez de se repelirem.

“ Ninguém previu isso”, disse o co-autor Alex Frano, professor assistente de física na Universidade da Califórnia-San Diego. “A interação de Coulomb governa a maioria dos fenômenos físicos que já experimentamos.”

Os pesquisadores disseram que esta nova informação dá a eles uma “impressão digital” de como a lei de Coulomb funciona em materiais quânticos sólidos e supercondutores de alta temperatura. “No geral, estamos fornecendo um novo paradigma para pensar sobre ordem de carga, supercondutividade e interações de elétrons em materiais quânticos”, disse da Silva Neto.

O primeiro autor do estudo é Fabio Boschini, anteriormente na University of British Columbia e agora professor assistente no Institut National de la Recherche Scientifique no Canadá.

Outros coautores incluem pesquisadores da University of California-San Diego, da University of British Columbia, do Max Planck Institute na Alemanha, do Lawrence Berkeley National Laboratory, do Brookhaven National Laboratory, do Instituto Central de Pesquisa da Indústria de Energia Elétrica no Japão, da Canadian Light Fonte, Helmholtz-Zentrum Berlin e University of California-Davis.

A pesquisa foi financiada, em parte, pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos.

 

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