É muito difícil tirar uma foto de um colibri batendo as asas 50 vezes por segundo. O tempo de exposição deve ser muito menor do que a escala de tempo característica da batida das asas, caso contrário, você verá apenas um borrão colorido. Um problema semelhante é encontrado na física do estado sólido, onde o objetivo é determinar as propriedades magnéticas de um material. O momento magnético em um determinado local pode mudar muito rapidamente. Portanto, os pesquisadores exigem métodos de medição que sejam rápidos o suficiente para resolver essas flutuações. Com essa ideia básica em mente, cientistas da TU Wien (Viena), em colaboração com grupos de pesquisa de Würzburg (Alemanha), agora conseguiu resolver um quebra-cabeça da física do estado sólido.

Magnetismo e supercondutividade

"Se você quiser entender um material, você tem que entender suas propriedades magnéticas, "diz o Prof. Alessandro Toschi, do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien." Eles não apenas nos dizem como o material reage aos campos magnéticos, eles também estão intimamente relacionados a outras propriedades do material - por exemplo, seu comportamento elétrico. "As propriedades do material magnético desempenham um papel particularmente importante na busca de supercondutores de alta temperatura.

Contudo, os pesquisadores descobriram repetidamente que diferentes medições do magnetismo de certos materiais levam a resultados diferentes. "Às vezes, nenhum resultado significativo foi obtido, às vezes, métodos de medição diferentes levaram a dados contraditórios, "diz Clemens Watzenböck (Instituto de Física do Estado Sólido, TU Wien). "Agora fomos capazes de resolver esse mistério com cálculos puramente teóricos."

A mobilidade dos elétrons

A equipe de Viena e Würzburg conseguiu mostrar que a mobilidade dos elétrons no material determina quais métodos podem ser usados ​​para medir as propriedades magnéticas. “O spin dos elétrons no material causa um momento magnético que flutua de forma bastante espontânea. Essas flutuações magnéticas são causadas pelo movimento natural dos elétrons. Portanto, o momento magnético também pode ser cancelado muito rapidamente pelo movimento dos elétrons, "diz Toschi." Quanto mais rápido os elétrons podem se mover dentro do material, quanto mais rápido eles podem obscurecer a ocorrência de um momento magnético. "

Isso significa que se houver um processo no material que retarda os elétrons, por exemplo, forte espalhamento com outros elétrons ou com os átomos vibrantes do material, de modo que eles não podem mais se mover muito rápido no cristal - então o momento magnético correspondente permanece mensurável por muito mais tempo.

"Desenvolvemos um método que nos permite descobrir, por meio de análises teóricas refinadas e simulações numéricas, em que escala de tempo típica os momentos magnéticos em um determinado material são protegidos, "explica Watzenböck. O momento magnético só pode ser medido se você tiver um método de medição que produza um resultado em uma escala de tempo mais curta. Se a medição demorar mais, você obtém apenas um resultado médio desfocado - semelhante a quando você fotografa um beija-flor com um longo tempo de exposição.

Supercondutores de ferro

A equipe de pesquisa foi capaz de aplicar esta abordagem à classe de material particularmente importante dos supercondutores à base de ferro. "Fomos capazes de mostrar que a escala de tempo característica das flutuações magnéticas nesses supercondutores difere em uma ordem de magnitude dependendo do material - varia de cerca de 3 femtossegundos a cerca de 30 femtossegundos, "relata Clemens Watzenböck.

Isso explica por que os resultados dos experimentos com nêutrons inelásticos são fáceis de interpretar para alguns materiais e não para outros:a escala de tempo de tais experimentos com nêutrons é de cerca de 10 femtossegundos. Curto o suficiente para alguns materiais, mas muito tempo para os outros. Se, por outro lado, outros métodos de medição são usados, como espectroscopia de raios-X, que opera em uma escala de tempo mais curta, o momento magnético de todos esses materiais deve permanecer claramente visível.

O método recentemente desenvolvido para calcular escalas de tempo características de materiais pode ser aplicado não apenas às propriedades magnéticas, mas também a outras propriedades importantes dos materiais. "Presumimos que nosso novo método será muito útil no futuro para planejar e interpretar corretamente uma ampla variedade de experimentos espectroscópicos, "diz Alessandro Toschi, "Ainda há muitas questões em aberto neste campo - com nosso método, agora queremos entender melhor a física de materiais conhecidos e até mesmo facilitar a busca por novos, melhores materiais, como supercondutores com altas temperaturas críticas. "