Se você vir pessoas andando por uma rua e chegando a um cruzamento, é difícil prever qual direção eles podem tomar. Mas, se você vir pessoas sentadas em barcos separados, flutuando em um riacho, e o fluxo se divide em dois canais, é provável que a maioria, se não todos, deles serão transportados por um canal, o canal que tem o fluxo mais forte.

Os cientistas da Unidade de Dinâmica Quântica da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) estão olhando para algo semelhante, mas sua pesquisa é em uma escala muito menor. Eles estão realizando experimentos para ver como o movimento dos elétrons é impactado pelo fluido. Este estudo foi publicado em Cartas de revisão física .

Professor Denis Konstantinov, quem dirige a unidade, demonstrou o conceito com um pedaço de arame. "Se passarmos uma corrente elétrica por um pedaço de fio, então sabemos que os elétrons se moverão de uma ponta a outra. Se dividirmos o fio em dois, metade dos elétrons fluirá para baixo de um lado, e a outra metade fluirá pela outra. "

Isso é devido à lei de Ohm, uma lei da física, que afirma que a corrente elétrica é proporcional à tensão e inversamente proporcional à resistência, então, se a resistência distribuir igualmente entre dois canais, metade dos elétrons descerão por cada canal.

"Mas, "O professor Konstantinov explicou." Se os elétrons estiverem no líquido, ao invés de um sólido, eles podem quebrar a lei de Ohm. Isso é o que queríamos medir. "

Esta teoria vem do conceito de polaron, que é um elétron que é "revestido" por uma nuvem do meio em que está sentado. Isso o torna mais pesado, mais lento e muda seu comportamento. Anteriormente, os polarons foram discutidos em termos de cristais iônicos em sólidos, mas muito mais raramente em líquidos.

Os pesquisadores usaram hélio superfluido, que tem várias propriedades exclusivas. Por exemplo, permanece na forma líquida em temperaturas até zero absoluto, quando qualquer outro líquido congelaria, e se comporta como fluido com viscosidade zero, ou nenhuma resistência. Os elétrons só seriam capazes de ficar no topo, em vez de afundar. Assim, forneceu aos pesquisadores um sistema de elétrons 2-D.

Eles criaram uma pequena estrutura, na escala de micrômetros, de três reservatórios conectados por uma junção em T, e submergiu ligeiramente esta estrutura em hélio superfluido.

À medida que os elétrons se moviam e perturbavam o líquido, eles criaram ondas capilares, ou ondulações. Em altas densidades de elétrons, os elétrons ficaram presos na covinha rasa das ondas. Eles são um pouco diferentes dos polarons tradicionais, então os pesquisadores os chamaram de ripplopolarons, inspirado por suas semelhanças com ondulações na água.

"A lei de Ohm afirma que os elétrons devem se dividir na junção T, "disse o professor Konstantinov, "Mas, devido à conservação do momentum, o fluxo de fluido deve continuar indo em linha reta. Teorizamos que os ripplopolarons - os elétrons aprisionados - quebrariam a lei de Ohm e todos seriam carregados na mesma direção. "

Os pesquisadores aplicaram um campo elétrico, que moveu os ripplopolarons para fora do reservatório esquerdo. Conforme eles se moviam ao longo do canal, eles vieram para a junção, e poderia virar e ir para o reservatório lateral ou continuar direto para o reservatório certo.

Foi como os pesquisadores previram. Os ripplopolarons continuaram direto do reservatório esquerdo para o reservatório direito, seguindo a conservação do momentum em vez da lei de Ohm.

Contudo, esse comportamento violador da lei só ocorria em determinadas situações. A densidade dos elétrons tinha que ser alta, ou os ripplopolarons não se formariam, e a temperatura tinha que estar baixa, ou as ondas simplesmente irromperiam. Quando os pesquisadores realizaram o experimento na direção oposta, eles encontraram o mesmo movimento unidirecional, mas quando eles correram os elétrons para fora do reservatório lateral, eles descobriram que os ripplopolarons iriam colidir com a parede no topo, as ondas desapareceriam e os elétrons [agora livres] seguiriam mais uma vez a lei de Ohm.

Embora existam aplicações para a compreensão de como os elétrons operam, este experimento foi impulsionado principalmente pela curiosidade. "Queríamos saber como os elétrons são influenciados pelo meio em que estão, "disse o professor Konstantinov, "Para nós, foi a descoberta que foi emocionante. Mas também é importante que entendamos essas propriedades. Elétrons em fluidos podem ser úteis quando se trata de construir qubits, as pequenas partes que constituem os computadores quânticos. Se pudéssemos usar elétrons em fluidos para qubits, poderíamos criar um flexível, arquitetura móvel para os computadores. "