Ciência descobre um novo e bizarro tipo de material quântico

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Relatórios estão se espalhando pela internet falando da criação de um novo material quântico que pode ter algumas propriedades relativamente mágicas. Sempre que alguém sugere que um novo material quântico tenha sido descoberto, o ceticismo deve vir ao centro do debate. Na verdade, neste caso, o material não foi realmente fabricado, apesar do fato de um novo modelo de física teórica apontar para isso.

Então, o que exatamente é isso?

Escrevendo nos Procedimentos da Academia Nacional de Ciências, a equipe – liderada pela Universidade de Rice – explica que é um “semimetal Weyl-Kondo” que compartilha suas propriedades com uma grande variedade de outros materiais que exibem comportamento quântico curioso. Isso inclui uma classe estranha de materiais conhecidos como “isoladores topológicos”, um tópico que apareceu no Prêmio Nobel de Física de 2016.

Materiais quânticos exibem propriedades incomuns e comportamentos eletromagnéticos que não podem ser explicados exclusivamente com a física clássica, que tenta explicar a gravidade, o eletromagnetismo e as forças nucleares sem invocar a mecânica quântica.

Supercondutores, por exemplo, são materiais que quando arrefecidos a temperaturas próximas ao zero absoluto, experimentam uma queda dramática na resistência elétrica. Isso significa que uma corrente pode se propagar em torno do material supercondutor sem o aquecimento do material (potencialmente perigoso), que é claramente uma propriedade extremamente útil para ter em alguns casos.

Esse fenômeno é de natureza mecânica quântica, o que significa que já é estranho. No entanto, as coisas ficam ainda mais estranhas.

Na década de 1980, foi descoberto que certos materiais supercondutores ainda conseguem transportar correntes com resistência zero a temperaturas estranhamente elevadas. Isso os torna muito mais eficientes do que os materiais supercondutores antigos.

Esses supercondutores de alta temperatura também são materiais quânticos que não podem ser explicados usando a física clássica, e agora, de acordo com um recente editorial da revsita Nature, “o mecanismo da supercondutividade continua sendo difícil de esquecer”.

Há muito que não sabemos, mesmo quando encontramos um novo material quântico.

Esse é o caso deste novo semimetal Weyl-Kondo. Ao experimentar uma variedade de modelos que foram projetados para ajudar a explicar coisas como a supercondutividade de alta temperatura, eles aconteceram no que parecia evidenciar um férmio de Weyl.

Férmios seguem um certo conjunto de regras na mecânica quântica. Eles incluem quarks, elétrons, prótons e outros. Os férmios de Weyl, que permanecem hipotéticos, são estranhos em que parecem faltar em qualquer massa, e é isso que os modelos da equipe parecem ter evocado.

“A propriedade sem massa dos férmios de Weyl vem do fato de que sua energia não depende da massa, o que significa que eles se parecem com os fótons”, disse a cientifica Sarah Grefe, estudante de pós-graduação em Física da Universidade de Rice, ao IFLScience. Essencialmente, esses férmios ainda têm massa, mas “eles efetivamente atuam como se não tivessem”.

Agora, pensa-se que os férmios de Weyl existem em certos materiais que conduzem correntes elétricas. Os materiais conhecidos como condutores topológicos, por exemplo, são suspeitos de transportar eletricidade através do seu interior, graças à presença desses férmios de Weyl.

A primeira evidência sólida de sua existência remonta a 2015, quando três grupos independentes de físicos os mantiveram pela primeira vez em um semimetal denominado arseniato de tântalo. Isto foi baseado em evidências um tanto indiretas de uma “formação” conhecida como um arco de Fermi.

O que a equipe liderada pela Universidade de Rice agora encontrou são evidências modelo adicionais para um novo tipo de material quântico com esses férmios de Weyl. Mas espere – e a parte “Kondo” do semimetal Weyl-Kondo?

O chamado efeito Kondo explica que os elétrons dentro de um metal magnético são por vezes dispersos devido a uma impureza química. Isso acaba alterando a capacidade do material de resistir à corrente elétrica, dependendo da temperatura.

Parece que, de acordo com os modelos da equipe, o efeito Kondo é o progenitor dos férmios Weyl que observaram. Assim, o material quântico que seus trabalhos apontam foi apelidado de “Semimetal Weyl-Kondo”.

Mais uma vez, esse material ainda não existe. Com este trabalho, no entanto, em breve poderá existir – mas a questão é: quais seriam as propriedades mais interessantes que teria quando surgisse?

Fonte: IFL Science

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