Fluido de elétrons
Ao estudar um material supercondutor, uma equipe de pesquisadores teve uma surpresa: O movimento dos elétrons nesse metal flui da mesma forma que a água flui em um tubo.
Esse comportamento muda fundamentalmente o comportamento dos elétrons, de uma dinâmica semelhante a uma partícula, para uma espécie de hidrodinâmica, semelhante a um fluido.
O supercondutor metálico, uma liga de nióbio e germânio (NbGe2), apresenta uma forte interação entre elétrons e fônons, que são vibrações de uma estrutura cristalina, quando "pacotes" de átomos ou moléculas vibram coletivamente, explicando a difusão do calor e do som, por exemplo.
"Queríamos testar uma previsão teórica recente do 'fluido elétron-fônon'. Normalmente os elétrons são rebatidos pelos fônons, o que leva ao movimento difusivo usual dos elétrons nos metais. Uma nova teoria mostra que, quando os elétrons interagem fortemente com os fônons, eles irão formar um líquido elétron-fônon coeso. Este novo líquido fluirá dentro do metal exatamente da mesma maneira que a água flui em um cano," explicou o professor Fazel Tafti, do Boston College, nos EUA.
Elétrons pesados
Nosso dia a dia depende do fluxo de água nos canos e dos elétrons nos fios. Por mais semelhantes que possam parecer, contudo, os dois fenômenos são fundamentalmente diferentes: As moléculas de água fluem como um continuum de fluido, obedecendo às leis da hidrodinâmica, e não como moléculas individuais; os elétrons, no entanto, fluem como partículas individuais e se difundem dentro dos metais à medida que trombam e são espalhados pelos fônons, as vibrações da rede cristalina.
Para investigar a condução de eletricidade no NbGe2, a equipe aplicou três métodos experimentais: As medições de resistividade elétrica mostraram uma massa maior do que o esperado para os elétrons; o espalhamento Raman mostrou uma mudança de comportamento na vibração do cristal devido a esse fluxo especial dos elétrons; e a difração de raios X revelou a estrutura cristalina do material.
Usando uma técnica conhecida como "oscilações quânticas" para avaliar a massa dos elétrons no material, os pesquisadores descobriram que a massa dos elétrons em todas as trajetórias era três vezes maior do que o valor esperado.
"Isso foi realmente surpreendente porque não esperávamos tais 'elétrons pesados' em um metal aparentemente simples," disse Tafti. "Eventualmente, nós entendemos que a forte interação elétron-fônon era responsável pelo comportamento do elétron pesado. Como os elétrons interagem fortemente com as vibrações da rede, ou fônons, eles são 'arrastados' pela rede e parece que eles ganharam massa e tornaram-se pesados."
Dispositivos eletrônicos
Ao confirmar as previsões dos teóricos, além de melhorar o entendimento dos supercondutores, o experimento deverá estimular uma maior exploração do material e suas aplicações potenciais - já se sabia que a luz também pode se comportar como um líquido.
O próximo passo será encontrar outros materiais neste regime hidrodinâmico, aproveitando as interações elétron-fônon. A equipe afirmou que também irá se concentrar no controle do fluido hidrodinâmico de elétrons nesses materiais e na engenharia de novos dispositivos eletrônicos tirando proveito dele.
Bibliografia:
Artigo: Evidence of a coupled electron-phonon liquid in NbGe2
Autores: Hung-Yu Yang, Xiaohan Yao, Vincent Plisson, Shirin Mozaffari, Jan P. Scheifers, Aikaterini Flessa Savvidou, Eun Sang Choi, Gregory T. McCandless, Mathieu F. Padlewski, Carsten Putzke, Philip J. W. Moll, Julia Y. Chan, Luis Balicas, Kenneth S. Burch, Fazel Tafti
Revista: Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-021-25547-x
FONTE: Inovação Tecnológica
