Novo estado da matéria possui semelhanças com buracos negros

Os supercondutores 'metais estranhos' podem ajudar cientistas a investigar regiões ainda inexploradas da física quântica

Renato Mota 24/07/2020 15h07
Buraco Negro
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Os chamados "metais estranhos" - materiais especiais cuja resistência elétrica mostra um comportamento de temperatura muito incomum – podem ser um novo, e bizarro, estado da matéria com propriedades similares aos buracos negros. Essa é a proposta apresentada por cientistas do Instituto Flatiron, em Nova York e da Universidade Cornell, em uma pesquisa publicada na Proceedings of the National Academy of Sciences.


Este é o primeiro modelo teórico robusto produzido sobre metais estranhos, feito a partir de técnicas computacionais de ponta. "O fato de os chamamos de 'metais estranhos' diz bastante sobre o quanto os entendemos", brinca o pesquisador do Centro de Física Quântica Computacional do Instituto Flatiron, Olivier Parcollet, coautor do estudo.

Na mecânica quântica, a resistência elétrica (o quanto o material impede o fluxo de eletricidade) é um subproduto de elétrons colidindo com outras partículas. Nos metais, à medida que os elétrons fluem, eles se chocam com outros elétrons ou impurezas no material. Quanto mais tempo houver entre cada colisão, menor será a resistência elétrica.

Em metais comuns, a resistência elétrica aumenta de acordo com a temperatura. Os supercondutores permitem que a corrente elétrica flua quase sem resistência - mas apenas abaixo de uma certa temperatura. Muitos materiais precisam ser resfriados a zero quase absoluto, enquanto alguns mantêm suas propriedades supercondutoras até temperaturas mais altas.

Elétrons em metais estranhos, porém, dissipam energia o mais rápido quanto é possível sob as leis da mecânica quântica. Em muitos supercondutores de alta temperatura, alterar a temperatura ou o número de elétrons de fluxo livre no material pode alterá-lo de um estado supercondutor para um estado de metal estranho ou vice-versa.

Nesses materiais, a resistência elétrica é proporcional à temperatura e as constantes de Planck e Boltzmann - as mesmas características que definem algumas das propriedades dos buracos negros. "O fato de você encontrar essa mesma escala em todos esses sistemas diferentes é fascinante", diz Parcollet.

A pesquisa coloca os metais estranhos como um novo estado da matéria, que fica entre duas fases conhecidas: os espelhos giratórios isolantes de Mott e os líquidos Fermi. "Descobrimos que existe uma região inteira no espaço de fase que exibe um comportamento planckiano que não pertence a nenhuma das duas fases pelas quais estamos em transição", explica o professor de física da Cornell, Eun-Ah Kim. "Esse estado líquido de rotação quântica é metálico, mas relutantemente metálico, e está levando o grau de caos ao limite da mecânica quântica", completa.

Via: Phys.org/EurekaAlert

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