Jornal Ciência no seu WhatsApp

 

Clique aqui (61) 98302-6534, mande “olá” e salve nosso número. Você receberá primeiro as notícias do Jornal Ciência em seu celular.

Este novo fenômeno “espreme” elétrons a velocidades que os físicos nem sabiam ser possíveis

de Merelyn Cerqueira 0

Imagine uma situação em que 50 pessoas estão se espremendo para passar ao mesmo tempo por uma única porta.

 

Esta situação de intenso estresse certamente desaceleraria todo mundo. No entanto, considere que, de alguma forma, essas 50 pessoas conseguissem passar de uma forma ainda mais rápida do que uma única pessoa sozinha. Embora soe impossível, essa é exatamente a proposta de um grupo de físicos do MIT em um estudo publicado recentemente na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, de acordo com informações da Science Alert. Eles descobriram como usar grandes grupos de elétrons espremidos através de um único espaço, e mais rápido que modelos físicos atuais poderiam prever.

 

Referido como um fluxo “superbalístico”, o comportamento descreve como grupos de elétrons podem viajar através de espaços apertados mais rapidamente do que um único elétron.E mais: que este poderia fazer com que materiais condutores transmitissem eletricidade com quase nenhuma resistência. Tal descoberta é relevante porque até o momento só conhecemos os supercondutores capazes de oferecer resistência zero, o que faz deles um dos fenômenos mais intrigantes e potencialmente lucrativos da Física. No entanto, o grande problema da supercondutividade é que ela só pode ser alcançada a temperaturas muito baixas, de -267°C.

 

Logo, se os pesquisadores pudessem recriar esse fluxo de elétrons em um material condutor, poderiam aproveitar os benefícios da tão cobiçada supercondutividade em temperatura ambiente. Ao descrever o novo modelo teórico de como os elétrons podem fluir através de minúsculas lacunas de metal, os físicos afirmaram ter descoberto que estes grandes grupos poderiam realmente “coordenar” uns aos outros para que excedessem o que é considerado um limite de velocidade fundamental para elétrons em um espaço apertado – algo conhecido como princípio de Landauer.

 

Podemos superar essa fronteira que todos pensavam ser um limite fundamental para quão alta a condutividade poderia ser”, disse Leonid Levitov, um dos membros da equipe. “Nós prevemos que algo melhor do que isso poderia ser feito”. Simulando o comportamento desses elétrons espremidos através de uma abertura pequena, os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrirem que essas partículas subatômicas realmente se assemelhavam à física conhecida pelo trabalho de outras de gás capazes de passar por um determinado ponto apertado.

 

Quando observamos em nível molecular o gás passar através de uma passagem restrita, podemos ver partículas individuais se movendo aleatoriamente. Estas são mais prováveis de bater nas paredes dessa passagem e fluir perfeitamente por esse caminho. No entanto, ao passo em que batem nas paredes, perdem energia, o que eventualmente reduz a velocidade de progresso.

 

Mas, com um grupo maior de moléculas, a maioria delas baterá entre si com mais frequência do que outrora fariam em uma parede”, explicou David L. Chandler, um dos membros da equipe. “Essas colisões com outras moléculas ocorrem sem perdas, uma vez que a energia total das duas partículas que colidem é preservada e não ocorre desaceleração”.

Isso significa que há uma espécie de “segurança em número”, correspondente ao tamanho do grupo de moléculas. Algo que, enquanto individualmente, não podem realizar. Ainda, as leis da física ditam que quando a densidade das moléculas em uma determinada passagem aumenta, a pressão necessária para empurrá-las para fora também cresce em aceleração, algo que as individuais não podem alcançar. Logo, ao tentar recriar este cenário utilizando um metal conhecido como grafeno, os pesquisadores descobriram que os elétrons podiam se mover de forma bastante coordenada e isto era completamente inesperado, uma vez que quebrava o limite balístico proposto pelo princípio de Landauer.

 

A redução da resistência surge devido ao efeito de fluxo contínuo, em que as correntes de elétrons agrupam-se para formar fluxos que contornam os limites, quando ocorre a perda de momentum”, explicaram. “Este comportamento surpreendente está em uma clara visão comum que considera as interações de elétrons como um impedimento para o transporte”. A descoberta, segundo eles, poderia ser muito útil para o ramo da eletrônica, uma vez que poderíamos alcançar alto desempenho com baixa potência. Ainda, ao contrário da supercondutividade, que necessita de temperaturas baixas, a técnica funciona em temperatura ambiente, e fica cada melhor conforme esta aumenta.

 

O fluxo superbalístico é ajudado pela temperatura, melhor do que impedido por ela”, explicou Levitov. Embora os pesquisadores admitam que o trabalho, por enquanto, é puramente teórico, eles salientam que suas observações são viáveis e já foram provadas experimentalmente em estudos anteriores.

[ Science Alert ] [ Fotos: Reprodução / Science Alert ]

Jornal Ciência