Por mais de 40 anos, os físicos não conseguiram explicar o comportamento dos “metais estranhos”, que, quando fortemente resfriados, se comportavam de maneira diferente dos metais comuns. Se a supercondutividade surgisse em metais comuns e desaparecesse instantaneamente em alguma marca clara de temperatura, então a resistência de metais estranhos mudava linearmente com a temperatura. Não havia uma explicação clara para isso até que físicos dos EUA o fizeram recentemente.
Fonte da imagem: Lucy Reading-Ikkanda/Fundação Simons
Uma justificativa abrangente para a teoria do comportamento de metais estranhos – metais que não obedecem à teoria do líquido de Fermi – foi feita pelo líder do projeto Aavishkar Patel (Aavishkar Patel) do Centro de Física Quântica Computacional (CCQ) Flatiron Institute em Nova York e os físicos Haoya Guo, Ilya Esterlis e Subir Sachdev, da Universidade de Harvard. No mínimo, os cientistas comprovaram uma série de propriedades características de “metais estranhos”. Uma teoria coerente pode ajudar a responder a perguntas sobre como alcançar a supercondutividade em altas temperaturas e ajudar a desenvolver computadores quânticos. A mecânica quântica tornou-se a ferramenta que ajudou a entender o problema.
A nova teoria se baseia em duas propriedades principais de metais estranhos. Em primeiro lugar, os elétrons nesses metais podem se emaranhar – entrar em estados quânticos absolutamente idênticos – e permanecer nesse estado mesmo quando estão distantes um do outro. Em segundo lugar, metais estranhos têm arranjos irregulares e irregulares de átomos.
«Nenhuma dessas propriedades individualmente explica a estranheza dos “metais estranhos”, mas juntas tudo se encaixa ”, explicou o responsável pelo projeto.
A irregularidade da estrutura atômica do metal estranho significa que o emaranhamento de elétrons depende de onde ocorre no material. Essa diversidade introduz aleatoriedade no momento dos elétrons à medida que eles se movem pelo material e interagem uns com os outros. Em vez de fluir juntos, os elétrons colidem uns com os outros em todas as direções, resultando em resistência elétrica. Como os elétrons colidem com mais frequência quanto mais quente o material, a resistência elétrica aumenta com a temperatura, o que é observado na prática. Onde os metais comuns saltam da supercondutividade para um aumento acentuado na resistência, os metais estranhos continuam a passar corrente com um aumento gradual na resistência à corrente.
A chave na nova teoria era que os físicos combinaram dois fenômenos – emaranhamento e heterogeneidade, que não haviam sido considerados anteriormente para um material, e separadamente isso não leva a um comportamento estranho dos metais. Assim, os cientistas propõem um mecanismo para corrigir as condições de supercondutividade em metais estranhos. As não homogeneidades criadas artificialmente podem reproduzir a supercondutividade no lugar certo para determinados propósitos, que podem ser usados, por exemplo, em computadores quânticos. Quando você pode influenciar algo, isso pode levar ao resultado desejado.
«Há momentos em que algo quer entrar em um estado supercondutor, mas não pode porque a supercondutividade é bloqueada por outro estado concorrente, diz Patel. “Então, alguém pode se perguntar se a presença dessas não homogeneidades pode destruir esses outros estados com os quais a supercondutividade compete e deixar o caminho aberto para a supercondutividade”.