Os patinadores artísticos olímpicos e os elétrons têm muito em comum. Em competições de patinação artística, o segmento de "patins livres" dá ao patinador a flexibilidade de viajar em qualquer padrão que ele escolher no rinque. De forma similar, em metais, elétrons em orbitais externos podem vagar livremente.

Contudo, quando o campo magnético é aumentado dramaticamente, pesquisadores descobriram que o movimento desses elétrons se torna muito mais confinado. Seu comportamento se parece com o de patinadores artísticos completando voltas e saltos rígidos obrigatórios.

Em um novo estudo do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), os pesquisadores usaram campos magnéticos extremamente altos - equivalentes aos encontrados no centro das estrelas de nêutrons - para alterar o comportamento eletrônico. Ao observar a mudança no comportamento desses elétrons, os cientistas podem obter uma compreensão enriquecida do comportamento material.

“As regras do jogo mudam quando aplicamos um campo magnético desta intensidade, "disse o cientista de materiais de Argonne, Anand Bhattacharya, quem liderou a pesquisa. "A natureza deste novo estado que vemos tem sido debatida teoricamente por mais de meio século, mas experimentos para medir suas propriedades têm sido difíceis de encontrar. "

Para criar o campo magnético muito alto necessário, Bhattacharya usou as instalações do Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético em Tallahassee, Flórida. Lá, com o colega Alexey Suslov, ele examinou cristais de titanato de estrôncio, semelhante ao diamante sintético, que tem a propriedade incomum de permitir que a eletricidade flua mesmo quando os elétrons são extremamente esparsos e se movem lentamente.

O movimento lento dos elétrons dentro do cristal os torna particularmente suscetíveis às forças magnéticas. Os pesquisadores observaram que as propriedades quânticas dos elétrons mudaram drasticamente quando os cristais foram colocados sob altos campos magnéticos e resfriados a apenas alguns centésimos de grau acima do zero absoluto.

O ex-pesquisador de pós-doutorado da Argonne Brian Skinner (agora no MIT) e o ex-pesquisador de pós-doutorado do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia Guru Khalsa (agora na Cornell) forneceram os insights teóricos que ajudaram os pesquisadores a entender seus resultados. Eles propuseram que em campos magnéticos muito altos, os elétrons formam "poças" espacialmente não homogêneas, uma descoberta surpreendente que foi apoiada por aspectos-chave dos dados.

Embora Bhattacharya hesite em identificar novas tecnologias que possam ser criadas para tirar proveito deste novo regime material, ele disse que o resultado é encorajador para os cientistas que buscam desenvolver uma compreensão mais completa das propriedades incomuns de certos materiais.

"Quando empurramos os limites para os quais podemos levar elétrons, nova física surge, "Bhattacharya disse." Se você pensar sobre nossa compreensão dos elétrons, entendemos metais, onde os elétrons se movem livremente, e também entendemos o comportamento de elétrons altamente localizados. Mas se você puder abrir a porta para essas regiões intermediárias, você pode fazer novas descobertas. "