Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (EUA) transferiram átomos para um exótico “estado limite” no qual eles se movem livremente sem atrito. O projeto de pesquisa pode desempenhar um grande papel na criação de materiais supercondutores.
Fonte da imagem: news.mit.edu
Movendo-se através de várias substâncias, os elétrons encontram resistência de diferentes níveis. Nos isoladores, o movimento dos elétrons está ausente ou insignificante, nos semicondutores ocorre apenas parcialmente, nos condutores ocorre de forma significativa e nos supercondutores o movimento ocorre sem qualquer resistência. Em teoria, os materiais supercondutores poderiam ser usados para transferência de dados e energia em alta velocidade, e o forte campo eletromagnético que eles criam seria útil para levitar transportes em alta velocidade.
Estudar o movimento dos elétrons é uma tarefa difícil porque essas partículas são extremamente pequenas e se movem muito rapidamente. Portanto, como parte de um projeto de pesquisa, os cientistas americanos forçaram átomos maiores e mais lentos a se comportarem de maneira semelhante. Eles estudaram a supercondutividade em “estados extremos”. Em alguns materiais, os elétrons só podem se mover livremente em certas áreas – quando obstáculos aparecem em seu caminho, os elétrons se curvam em torno deles em vez de ricochetearem. Quando aplicados aos elétrons, tais estados duram apenas femtossegundos (quadrilionésimos de segundo) e são limitados a distâncias de frações de nanômetro, tornando as medições sob tais condições muito difíceis.
Para superar este problema, os cientistas americanos construíram uma instalação onde a mesma física funciona a nível atómico em áreas de vários mícrons durante vários milissegundos. Para fazer isso, eles colocaram cerca de um milhão de átomos de sódio em uma armadilha de laser a uma temperatura próxima do zero absoluto e começaram a girá-los rapidamente em círculo. Sob tais condições, a armadilha atrai os átomos e a força centrífuga os empurra para fora – no nível atômico, obtemos uma espécie de mundo plano que realmente gira. E há uma terceira força – a força de Coriolis, que desvia os átomos quando se movem em linha reta. Como resultado, partículas grandes começam a se comportar como elétrons num campo magnético.
Depois disso, os cientistas estabeleceram um limite – um anel de luz laser ao redor da área. Ao tocar esse anel, os átomos “grudaram” nele, movendo-se livremente ao longo da fronteira em uma direção. Em seguida, os cientistas instalaram vários obstáculos no sistema – eles enviaram vários pontos de luz para o anel de laser, mas os átomos não ricochetearam no obstáculo, mas começaram a contorná-lo. Este movimento dos átomos corresponde ao comportamento dos elétrons no “estado limite”, mas ao nível das partículas maiores este processo pôde ser observado diretamente pela primeira vez. Os investigadores poderão utilizar este modelo para testar novas teorias para aprender mais sobre a física dos supercondutores, introduzindo novos obstáculos no sistema e introduzindo interações cujas consequências são atualmente desconhecidas.