Os cientistas entendem muito bem como a temperatura afeta a conduta¢ncia elanãtrica na maioria dos metais comuns, como cobre ou prata. Mas nos últimos anos, os pesquisadores voltaram sua atenção para uma classe de materiais que parecem não seguir as regras elanãtricas tradicionais. Compreender esses chamados "metais estranhos" pode fornecer informações fundamentais sobre o mundo qua¢ntico e potencialmente ajudar os cientistas a entender fena´menos estranhos, como a supercondutividade de alta temperatura.

Agora, uma equipe de pesquisa coliderada por um fa­sico da Brown University adicionou uma nova descoberta a  estranha mistura de metais . Em uma pesquisa publicada na revista Nature, a equipe encontrou um estranho comportamento meta¡lico em um material no qual a carga elanãtrica étransportada não por elanãtrons, mas por entidades mais "semelhantes a ondas" chamadas pares de Cooper.

Enquanto os elanãtrons pertencem a uma classe departículas chamadas fanãrmions, os pares de Cooper atuam como ba³sons, que seguem regras muito diferentes dos fanãrmions. Esta éa primeira vez que um comportamento estranho de metal évisto em um sistema bosa´nico, e os pesquisadores esperam que a descoberta possa ser útil para encontrar uma explicação de como os metais estranhos funcionam osalgo que iludiu os cientistas por décadas.

"Temos esses dois tipos fundamentalmente diferentes departículas cujos comportamentos convergem em torno de um mistanãrio", disse Jim Valles, professor de física em Brown e autor correspondente do estudo. "O que isso diz éque qualquer teoria para explicar o comportamento estranho do metal não pode ser especa­fica para nenhum tipo de parta­cula. Ela precisa ser mais fundamental do que isso."

O comportamento estranho do metal foi descoberto hácerca de 30 anos em uma classe de materiais chamados cupratos. Esses materiais de a³xido de cobre são mais famosos por serem supercondutores de alta temperatura , o que significa que conduzem eletricidade com resistência zero em temperaturas muito acima das supercondutores normais. Mas mesmo em temperaturas acima da temperatura cra­tica para a supercondutividade, os cupratos agem de forma estranha em comparação com outros metais.

Amedida que sua temperatura aumenta, a resistência dos cupratos aumenta de maneira estritamente linear. Em metais normais, a resistência aumenta apenas atécerto ponto, tornando-se constante em altas temperaturas de acordo com o que éconhecido como teoria do la­quido de Fermi. A resistência surge quando os elanãtrons que fluem em um metal batem na estrutura atômica vibrante do metal, fazendo com que eles se espalhem. A teoria do Fermi-la­quido estabelece uma taxa máxima na qual o espalhamento de elanãtrons pode ocorrer. Mas metais estranhos não seguem as regras do Fermi-la­quido, e ninguanãm sabe ao certo como eles funcionam. O que os cientistas sabem éque a relação temperatura-resistência em metais estranhos parece estar relacionada a duas constantes fundamentais da natureza: a constante de Boltzmann, que representa a energia produzida pelo movimento tanãrmico aleata³rio, e a constante de Planck,

“Para tentar entender o que estãoacontecendo nesses metais estranhos, as pessoas aplicaram abordagens matemáticas semelhantes a s usadas para entender os buracos negros”, disse Valles. "Então, háuma física muito fundamental acontecendo nesses materiais."

Nos últimos anos, Valles e seus colegas vão estudando a atividade elanãtrica na qual os portadores de carga não são elanãtrons. Em 1952, o Praªmio Nobel Leon Cooper, agora professor emanãrito de física de Brown, descobriu que em supercondutores normais (não o tipo de alta temperatura descoberto mais tarde), os elanãtrons se unem para formar pares de Cooper, que podem deslizar atravanãs de uma rede atômica sem resistência. . Apesar de serem formados por dois elanãtrons, que são fanãrmions, os pares de Cooper podem atuar como ba³sons.

"Os sistemas de fanãrmions e ba³sons geralmente se comportam de maneira muito diferente", disse Valles. “Ao contra¡rio dos fanãrmions individuais, os ba³sons podem compartilhar o mesmo estado qua¢ntico, o que significa que eles podem se mover coletivamente como moléculas de águanas ondulações de uma onda”.

Em 2019, Valles e seus colegas mostraram que os ba³sons de pares de Cooper podem produzir comportamento meta¡lico, o que significa que podem conduzir eletricidade com alguma resistência. Isso por si são foi uma descoberta surpreendente, dizem os pesquisadores, porque elementos da teoria qua¢ntica sugeriram que o fena´meno não deveria ser possí­vel. Para esta última pesquisa, a equipe queria ver se os metais bosa´nicos do par Cooper também eram metais estranhos.

A equipe usou um material de cuprato chamado a³xido de cobre de a­trio e ba¡rio com pequenos orifa­cios que induzem o estado meta¡lico do par de Cooper. A equipe resfriou o material atéum pouco acima de sua temperatura supercondutora para observarmudanças em sua conduta¢ncia. Eles descobriram, como metais estranhos fermia´nicos, uma conduta¢ncia de metal de par de Cooper que élinear com a temperatura.

Os pesquisadores dizem que esta nova descoberta dara¡ aos teóricos algo novo para mastigar enquanto tentam entender o comportamento estranho do metal.

"Tem sido um desafio para os teóricos encontrar uma explicação para o que vemos em metais estranhos", disse Valles. "Nosso trabalho mostra que, se vocêfor modelar o transporte de carga em metais estranhos, esse modelo deve se aplicar a fanãrmions e ba³sons - mesmo que esses tipos departículas sigam regras fundamentalmente diferentes".

Em última análise, uma teoria de metais estranhos pode ter implicações enormes. O comportamento estranho do metal pode ser a chave para entender a supercondutividade de alta temperatura , que tem um vasto potencial para coisas como redes elanãtricas sem perdas e computadores qua¢nticos. E como o comportamento estranho do metal parece estar relacionado a constantes fundamentais do universo, entender seu comportamento pode esclarecer verdades ba¡sicas de como o mundo fa­sico funciona.