Cientistas do National High Magnetic Field Laboratory, com sede na Florida State University, descobriram um comportamento em materiais chamados cupratos que sugere que eles carregam corrente de uma forma totalmente diferente dos metais convencionais, como o cobre.

A pesquisa, publicado hoje no jornal Ciência , adiciona um novo significado ao moniker dos materiais, "metais estranhos."

Cupratos são supercondutores de alta temperatura (HTS), o que significa que eles podem transportar corrente sem qualquer perda de energia em temperaturas um pouco mais quentes do que o convencional, supercondutores de baixa temperatura (LTS). Embora os cientistas entendam a física do LTS, eles ainda não quebraram a noz de materiais HTS. Exatamente como os elétrons viajam por esses materiais continua sendo o maior mistério no campo.

Para sua pesquisa sobre um cuprate específico, óxido de cobre e estrôncio de lantânio (LSCO), uma equipe liderada pelo físico do MagLab Arkady Shekhter focada em seu normal, estado metálico - o estado do qual a supercondutividade eventualmente emerge quando a temperatura cai o suficiente. Este estado normal de cupratos é conhecido como um metal "estranho" ou "ruim", em parte porque os elétrons não conduzem eletricidade muito bem.

Os cientistas estudaram metais convencionais por mais de um século e geralmente concordam sobre como a eletricidade viaja por eles. Eles chamam as unidades que carregam através desses metais de "quasipartículas, "que são essencialmente elétrons após fatorar em seu ambiente. Essas quasipartículas agem quase independentemente umas das outras, pois carregam carga elétrica através de um condutor.

Mas o fluxo de quase-partículas também explica como a corrente elétrica viaja nos cupratos? Nas instalações de campo pulsado do National MagLab em Los Alamos, Novo México, Shekhter e sua equipe investigaram a questão. Eles colocam LSCO em um campo magnético muito alto, aplicou uma corrente a ele, então mediu a resistência.

Os dados resultantes revelaram que a corrente não pode, na verdade, viajar por meio de quasipartículas convencionais, como acontece com cobre ou silício dopado. O estado metálico normal do cuprato, Apareceu, foi tudo menos normal.

"Esta é uma nova maneira que os metais podem conduzir eletricidade que não é um monte de quasipartículas voando, que é a única linguagem bem compreendida e acordada até agora, "Shekhter disse." A maioria dos metais funcionam assim. "

Se não por quasipartículas, exatamente como a carga está sendo carregada na estranha fase de metal do LSCO? Os dados sugerem que pode ser algum tipo de esforço de equipe pelos elétrons.

Os cientistas já sabem há algum tempo sobre um comportamento intrigante do LSCO:em seu estado normal de condução, a resistividade muda linearmente com a temperatura. Em outras palavras, conforme a temperatura sobe, A resistência do LSCO à corrente elétrica aumenta proporcionalmente, o que não é o caso dos metais convencionais.

Shekhter e seus colegas decidiram testar a resistividade do LSCO, mas usando o campo magnético como parâmetro em vez da temperatura. Eles colocaram o material em um ímã muito poderoso e mediram a resistividade em campos de até 80 teslas. (Um ímã de ressonância magnética de hospital, por comparação, gera um campo de cerca de 3 teslas). Eles descobriram outro caso de resistividade linear:à medida que a força do campo magnético aumentava, A resistividade do LSCO aumentou proporcionalmente.

O fato de que a resistividade linear em campo espelhada tão elegantemente a resistividade linear em temperatura previamente conhecida do LSCO é altamente significativo, Shekhter disse.

"Normalmente, quando você vê essas coisas, isso significa que é um princípio muito simples por trás disso, " ele disse.

A descoberta sugere que os elétrons parecem cooperar enquanto se movem através do material. Os físicos têm acreditado há algum tempo que os materiais HTS exibem tal "comportamento de elétrons correlacionados" na fase supercondutora, embora o mecanismo preciso ainda não seja compreendido.

Esta nova evidência sugere que o LSCO em seu estado normal de condução também pode transportar corrente usando algo diferente de quasipartículas independentes - embora não seja supercondutividade, qualquer. O que esse "algo" é, os cientistas ainda não têm certeza. Encontrar a resposta pode exigir uma maneira totalmente nova de encarar o problema.

"Aqui temos uma situação em que nenhuma linguagem existente pode ajudar, "Shekhter disse." Precisamos encontrar uma nova linguagem para pensar sobre esses materiais. "

A nova pesquisa levanta muitas questões e algumas idéias tentadoras, incluindo ideias sobre a maneira fundamentalmente diferente em que a resistividade pode ser sintonizada em cupratos. Em metais convencionais, explicou Shekhter, a resistividade pode ser ajustada de várias maneiras - imagine um conjunto de mostradores, qualquer um dos quais poderia ajustar essa propriedade.

Mas em cuprates, Shekhter disse, "Há apenas um botão para ajustar a resistividade. E tanto a temperatura quanto o campo magnético, à sua maneira, acessar aquele único dial. "

Ímpar, na verdade. Mas de metais estranhos, não se esperaria nada menos.