Os pesquisadores explicaram como as propriedades eletrônicas e as vibrações atômicas do urânio estão ligadas.

O urânio é um elemento radioativo que ocorre naturalmente, cujo núcleo decai em outros elementos. Ele emite o que os cientistas chamam de "partícula alfa, "o núcleo de um átomo de hélio. Os cientistas desenvolveram com sucesso métodos para usar sua radioatividade para criar energia nuclear, que tem o potencial de resolver as demandas mundiais de energia. No entanto, as propriedades eletrônicas e térmicas do urânio não são muito bem compreendidas. Um exemplo de propriedades eletrônicas inclui a compreensão de como o elemento se comporta como um supercondutor em temperaturas próximas à temperatura zero absoluto, ou -273 ̊C.

Os pesquisadores costumam usar uma técnica chamada "transformada de Fourier, "nomeado após seu inventor Joseph Fourier, para simplificar o estudo das propriedades dos sistemas. Por exemplo, enquanto rastreia como uma quantidade física muda com o tempo, eles estudam em frequência, que é chamado de "espaço de tempo de Fourier". De forma similar, a transformada de Fourier de qualquer quantidade física existente no espaço é como ela varia com o momento, o espaço de Fourier de comprimento. Quando os cientistas olham para as implicações da mecânica quântica na transformada de Fourier das vibrações atômicas de alguns sólidos, surge uma anomalia conhecida como "anomalia de Kohn". É uma aberração ou problema na descrição matemática do sólido no espaço de Fourier. A variação da energia no "espaço momentum" afeta como os sólidos se comportam, pois seus átomos realizam pequenas vibrações em torno de suas posições médias.

"Fônons" são os quanta dos modos vibracionais dos sólidos, que interagem com os elétrons do sólido. Fortes interações entre fônons e elétrons levam à anomalia de Kohn. Um estudo realizado por pesquisadores do Instituto Indiano de Tecnologia de Bombaim (IIT Bombay) e do Centro de Pesquisa Atômica de Bhabha (BARC), Mumbai, explicou por que o urânio exibe múltiplas anomalias de Kohn. Seu estudo, financiado pelo Centro de Pesquisa e Consultoria Industrial do IIT Bombay, o Departamento de Energia Atômica, e o Ministério de Desenvolvimento de Recursos Humanos (agora Ministério da Educação), Governo da India, foi publicado no jornal Cartas de revisão física .

Os pesquisadores analisaram novamente os dados de experimentos de espalhamento inelástico de nêutrons no urânio realizados em 1979. Esses experimentos sondaram as vibrações atômicas do urânio no espaço de Fourier, que eles pretendiam usar para entender sua dissipação de calor em um ambiente nuclear extremo. Contudo, na re-análise, eles descobriram anomalias de Kohn em várias vibrações atômicas. Essas anomalias foram teoricamente propostas para existir em sistemas unidimensionais, mas sua observação em materiais tridimensionais era rara.

Para entender esta observação peculiar, os pesquisadores realizaram extensas simulações de computador usando as leis da mecânica quântica para estudar como os elétrons e fônons interagem no material, e que efeito a interação tem sobre os dados no espaço de Fourier. "As simulações eram computacionalmente intensas, e tivemos que usar instalações de supercomputação localizadas no IIT Bombay e BARC, em que as simulações rodaram por dez dias cada, "diz Aditya Prasad Roy do IIT Bombay, primeiro autor do estudo.

"A anomalia é a manifestação mais forte da interação elétron-fônon, "explica o Prof Dipanshu Bansal do IIT Bombay, um dos autores do estudo. Supercondutores também exibem fortes interações entre elétrons e fônons. A explicação da anomalia de Kohn no urânio é um passo para a compreensão de seu comportamento supercondutor em temperaturas próximas do zero absoluto. "Nosso trabalho resolve o mistério de cinco décadas deste importante material nuclear, "diz o Prof Bansal. Atualmente, os pesquisadores estão investigando a mesma anomalia em outros materiais nucleares baseados em urânio e tório.