As medições em um material supercondutor mostram uma transição abrupta entre um metal normal e um metal "estranho". A coisa realmente estranha, Contudo, é que essa brusquidão desaparece quando a temperatura cai. “Não temos nenhum maquinário teórico para isso, "diz o físico teórico Jan Zaanen, coautor de um Ciência artigo, "isso é algo que apenas um computador quântico pode calcular."

Os supercondutores oferecem surpresas há mais de um século. Em 1911, Heike Kamerlingh Onnes em Leiden descobriu que o mercúrio conduz corrente elétrica sem qualquer resistência a 4,2 Kelvin (4,5 graus acima do zero absoluto, ou -273,15 graus Celsius).

O fenômeno foi explicado apenas em 1957, e em 1986, um novo tipo de supercondutividade foi descoberto em óxidos de cobre complexos. Essa supercondutividade de alta temperatura sobrevive até mesmo em temperaturas amenas de 92 Kelvin.

Se pudesse ser estendido para a temperatura ambiente, supercondutividade significaria aplicações de tecnologia sem precedentes, Mas por enquanto, o fenômeno evitou uma explicação completa. Não por falta de esforço de físicos como Jan Zaanen, co-autor e teórico da casa com um grupo de físicos experimentais de Stanford que publicou um artigo em Ciência .

Metal estranho

"Suponho que vai causar uma boa impressão, "Zaanen escreve sobre a publicação." Mesmo para Ciência padrões, este não é um artigo comum. "

Desde 1957, sabe-se que a supercondutividade é causada pela formação de pares de elétrons, que pode navegar através de um cristal sem obstáculos. Isso só acontece abaixo de uma temperatura crítica, Tc. Contudo, mesmo acima desta temperatura, supercondutores com alto Tc exibem comportamento estranho. Nesta estranha fase de metal, elétrons não se comportam como partículas amplamente independentes, como fazem em metais normais, mas como coletivos.

Sudi Chen e colegas da Universidade de Stanford investigaram a transição entre normal e estranho no óxido de cobre supercondutor Bi (2212), usando a técnica ARPES (Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy). No ARPES, luz ultravioleta intensa é direcionada à amostra, carregando energia que pode ejetar elétrons dele. A energia e a velocidade de tais elétrons lançados traem o comportamento dos elétrons dentro da amostra.

Água fervente

Além da temperatura, o parâmetro de dopagem é crucial. Ajustando a química exata do material, o número de portadores de carga em movimento livre pode ser variado, que influencia as propriedades.

Em temperaturas relativamente quentes, logo acima do Tc mais alto possível, a transição entre o metal normal e o estranho ocorre entre uma porcentagem de dopagem de 19 e 20 por cento. Nesta transição, Chen e seus colegas mostram que a distribuição de energia dos elétrons muda abruptamente. Essas transições descontínuas são comuns na física. Um exemplo é a água fervente:na transição da água líquida para o vapor, a densidade dá um salto descontínuo gigante.

Mas o estranho é que, neste caso, a descontinuidade desaparece quando a temperatura é reduzida para o reino supercondutor:a brusquidão suaviza, e as propriedades mudam repentinamente de forma contínua.

Caixote de lixo

"Então, qual é o caso? De acordo com um princípio físico geral, o comportamento descontínuo em altas temperaturas teria que se traduzir em uma transição descontínua em baixas temperaturas, "diz Zaanen." O fato de que isso não acontece está em desacordo com qualquer cálculo até agora. O maquinário teórico completo está falhando. '

Isso também significa que a chamada transição crítica quântica, um favorito entre as explicações, pode ser jogado na lata de lixo porque prevê um comportamento contínuo do sinal ARPES quando o doping varia.

De acordo com Zaanen, tudo isso é uma indicação clara de que a fase estranha do metal é uma consequência do emaranhamento quântico. Este é o emaranhado das propriedades mecânicas quânticas das partículas, que também é um ingrediente essencial para os computadores quânticos.

Computadores quânticos

Portanto, Zaanen pensa, esse comportamento só pode ser calculado de forma satisfatória usando um computador quântico. Ainda mais do que quebrar códigos de segurança ou calcular moléculas, o metal estranho é o caso de teste ideal, onde os computadores quânticos podem mostrar suas vantagens em relação aos computadores normais.

A moral da história, diz Zaanen, é que a própria origem da supercondutividade é cada vez mais uma questão secundária. "Depois de trinta anos, há evidências de que a supercondutividade de alta Tc aponta para uma forma radicalmente nova de matéria, que é governado pelas consequências do emaranhamento quântico no mundo macroscópico. "