A descoberta da supercondutividade e sua realização experimental são dois dos avanços mais importantes na física e na engenharia do século passado. No entanto, suas características estatísticas e dinâmicas ainda não foram totalmente compreendidas. Uma equipe de pesquisadores do Centro de Física Teórica de Sistemas Complexos, dentro do Institute for Basic Science (IBS, Coreia do Sul), modelou o comportamento energético de redes caóticas de elementos supercondutores (grãos), separados por junções não supercondutoras, e descobriu algumas propriedades estatísticas inesperadas por muito tempo, mas ainda em escalas de tempo finitas. Suas descobertas são publicadas em Cartas de revisão física .

Uma série de descobertas pioneiras em mecânica estatística surgiram do questionamento da aplicabilidade de conceitos abstratos básicos a sistemas físicos e dispositivos experimentais. Um exemplo notável é a hipótese ergódica, que assume que, ao longo do tempo, um sistema visita quase todos os microestados disponíveis do espaço de fase, e que a média de tempo infinito de qualquer quantidade mensurável do sistema coincide com sua média de espaço de fase. Resumidamente, esta é a razão pela qual o gelo derrete em uma panela de água. E será mais rápido se a água estiver mais quente. Os cientistas estão descobrindo maneiras de verificar a validade ou o fracasso da hipótese ergódica com base em medidas de tempo finito.

Liderado por Sergej Flach, os pesquisadores do IBS desenvolveram um método eficiente para extrair estimativas precisas das escalas de tempo para ergodicidade (tempo de ergodização cunhado). Este método foi aplicado com sucesso a redes clássicas de grãos supercondutores fracamente acoplados por junções Josephson.

A equipe descobriu que nessas redes, a escala de tempo de ergodização rapidamente se torna enorme, embora permaneça finito, ao aumentar a temperatura do sistema. Em vez de, as escalas de tempo necessárias para que a caoticidade se desenvolva permanecem praticamente inalteradas em relação à ergodização. Isso é altamente surpreendente, como a ergodicidade está inextricavelmente ligada ao caos, e suas respectivas escalas de tempo também devem estar estritamente relacionadas. Em termos de gelo, isso significa que quanto mais quente a água fica, mais tempo leva para os cubos de gelo derreterem. Os pesquisadores do IBS mostraram numericamente que as flutuações de temperatura mais altas dificultam fortemente seu próprio deslocamento pelo sistema. Assim, um processo cada vez mais lento atrasa drasticamente a ergodização do sistema. A equipe rotulou essa descoberta de "vidro dinâmico".

“Ao aumentar a temperatura, nossos estudos desvendaram o surgimento de pontos caóticos vagando entre regiões congeladas e aparentemente inertes. O nome vidro dinâmico segue dessa mesma fragmentação, como a palavra 'dinâmico' sugere o rápido desenvolvimento do caos, enquanto a palavra 'vidro' aponta para fenômenos que requerem uma escala de tempo extremamente longa, mas finita, para ocorrer, "explica Carlo Danieli, um membro da equipe.

A compreensão do mecanismo e das escalas de tempo necessárias para que a ergodicidade e a caoticidade se desenvolvam está no cerne de um grande número de avanços recentes na física da matéria condensada. A equipe espera que isso abra caminho para avaliar vários problemas não resolvidos em muitos sistemas do corpo, da condutividade de calor anômala à termalização.

Os pesquisadores também esperam que o vidro dinâmico observado seja uma propriedade genérica de redes de grãos supercondutores via acoplamento Josephson, independentemente de sua dimensionalidade espacial. Além disso, conjectura-se que um amplo conjunto de sistemas de muitos corpos fracamente não integráveis ​​se transformam em vidros dinâmicos à medida que se aproximam de regimes específicos de temperatura. Uma tarefa igualmente charmosa e desafiadora é a aspiração da equipe de demonstrar a existência de um vidro dinâmico em sistemas quânticos de muitos corpos, e estabelecer sua conexão com fenômenos de localização de muitos corpos.

Flach diz, "Esperamos que essas descobertas abram um novo local para avaliar e compreender os fenômenos relacionados à localização de muitos corpos e vitrificação em um grande número de sistemas de muitos corpos fracamente não integráveis."