Os elétrons são onipresentes entre os átomos, tokens subatômicos de energia que podem mudar independentemente o modo como um sistema se comporta - mas também podem mudar uns aos outros. Uma colaboração de pesquisa internacional descobriu que a medição coletiva dos elétrons revelou descobertas únicas e inesperadas. Os pesquisadores publicaram seus resultados em 17 de maio em Cartas de revisão física .

“Não é possível obter a solução apenas traçando o comportamento de cada elétron individual, "disse o autor do artigo Myung Joon Han, professor de física na KAIST. "Em vez de, deve-se descrever ou rastrear todos os elétrons emaranhados de uma vez. Isso requer uma maneira inteligente de tratar esse emaranhamento. "

O professor Han e os pesquisadores usaram uma teoria de "muitas partículas" recentemente desenvolvida para explicar a natureza emaranhada dos elétrons nos sólidos, que aproxima como os elétrons interagem localmente uns com os outros para prever sua atividade global.

Por meio dessa abordagem, os pesquisadores examinaram sistemas com dois orbitais - o espaço no qual os elétrons podem habitar. Eles descobriram que os elétrons travaram em arranjos paralelos dentro de sítios de átomos em sólidos. Este fenômeno, conhecido como acoplamento de Hund, resulta em um metal de Hund. Esta fase metálica, que pode dar origem a propriedades como supercondutividade, pensava-se que existia apenas em sistemas de três orbitais.

"Nossa descoberta derruba um ponto de vista convencional de que pelo menos três orbitais são necessários para que a metalicidade de Hund surja, "Professor Han disse, observando que os sistemas de dois orbitais não têm sido o foco de atenção de muitos físicos. "Além dessa descoberta do metal de um Hund, identificamos vários regimes metálicos que podem ocorrer naturalmente em genéricos, materiais de elétrons correlacionados. "

Os pesquisadores encontraram quatro metais diferentes correlacionados. Um decorre da proximidade de um isolador Mott, um estado de um material sólido que deveria ser condutor, mas na verdade impede a condução devido à forma como os elétrons interagem. Os outros três metais se formam à medida que os elétrons alinham seus momentos magnéticos - ou fases de produção de um campo magnético - a várias distâncias do isolador de Mott. Além de identificar as fases do metal, os pesquisadores também sugeriram critérios de classificação para definir cada fase do metal em outros sistemas.

"Esta pesquisa ajudará os cientistas a melhor caracterizar e compreender a natureza mais profunda dos chamados 'materiais fortemente correlacionados, "em que a teoria padrão dos sólidos se quebra devido à presença de fortes interações de Coulomb entre os elétrons, "Professor Han disse, referindo-se à força com a qual os elétrons se atraem ou repelem. Essas interações não estão normalmente presentes em materiais sólidos, mas aparecem em materiais com fases metálicas.

A revelação de metais em sistemas de dois orbitais e a capacidade de determinar o comportamento de elétrons de todo o sistema pode levar a ainda mais descobertas, de acordo com o professor Han.

"Isso nos permitirá manipular e controlar uma variedade de fenômenos de correlação de elétrons, "Professor Han disse.