Descoberta da Supercondutividade: Fluxo sem Fricção de Átomos de Estado Limite

Os cientistas do MIT orientaram com sucesso átomos num “estado de bordo” único pela primeira vez, permitindo-lhes mover-se sem qualquer atrito. Este avanço pode abrir caminho para materiais supercondutores melhorados.

Quando os eletrões passam por vários materiais, apresentam vários graus de resistência. Os isoladores bloqueiam a maioria dos movimentos, os semicondutores permitem alguns, os condutores permitem uma quantidade significativa e os supercondutores permitem o movimento completo sem resistência. Os supercondutores podem, portanto, ser ideais para dados rápidos e transmissão de energia, e os seus poderosos campos eletromagnéticos poderiam facilitar o transporte de transporte de alta velocidade.

O desafio de estudar o movimento electrónico é que estas partículas são incrivelmente pequenas e movem-se a alta velocidade, tornando-as difíceis de observar. Para resolver isto, a equipa do MIT encontrou uma forma de replicar este comportamento utilizando átomos, que são maiores e mais lentos.

Supercondutividade nos limites

Os investigadores concentraram-se numa forma de supercondutividade conhecida como estados de extremidade. Em certos materiais, os eletrões não fluem livremente por toda a parte, mas estão restritos às bordas, onde se movem sem atrito. Mesmo quando se encontram obstáculos, deslizam à sua volta perfeitamente em vez de saltarem como normalmente fariam.

Para os eletrões, estes estados de bordo ocorrem sobre os femtossegundos (quadrilhês de segundo) e as distâncias de amplitude de meras frações de um nanómetro, tornando-os difíceis de observar. Os átomos, no entanto, tornam este comportamento muito mais fácil de ver.

“Na nossa configuração, a mesma física acontece com os átomos, mas na escala de milissegundos e mícrons”, explicou Martin Zwierlein, coautor do estudo. “Isto permite-nos captar imagens e observar os átomos a moverem-se lentamente ao longo da borda do sistema durante longos períodos.”

A equipa aprisionou cerca de um milhão de átomos de sódio num laser a temperaturas logo acima do absoluto zero, girando rapidamente em círculos.

Os átomos comportam-se como eletrões num campo magnético

“A armadilha puxa os átomos para dentro, enquanto a força centrífuga os puxa para fora”, explicou Richard Fletcher, coautor do estudo. “Estas forças equilibram-se, por isso os átomos comportam-se como se estivessem num espaço plano, embora o seu mundo esteja a girar. Uma terceira força, o efeito de Coriolis, desvia-os quando tentam mover-se em linha reta, fazendo com que estes átomos pesados ​​se comportem como eletrões num campo magnético.”

A equipa introduziu então uma borda – um anel de luz laser que formou um limite. Quando os átomos tocaram no anel, aderiram-lhe, movendo-se livremente ao longo da borda numa direção.

Para testar ainda mais o seu comportamento, os investigadores adicionaram obstáculos ao brilhar pontos de luz no ringue. Apesar da interferência, os átomos fluiram em torno dos obstáculos sem esforço.

“Colocámos deliberadamente uma luz verde grande e repelente, e os átomos deveriam ter-se saltado”, disse Fletcher. “Mas, em vez disso, navegaram suavemente à volta, voltaram à borda e continuaram a mover-se.”

Este comportamento do átomo reflete de perto como os eletrões se movem nos estados de bordo, tornando-o visível pela primeira vez. Os cientistas podem agora utilizar este modelo para explorar novas teorias, melhorando potencialmente os materiais supercondutores.

“É uma clara realização da física elegante e podemos demonstrar diretamente a importância do limite”, acrescentou Fletcher. “O passo seguinte é adicionar mais obstáculos e interações ao sistema, onde os resultados se tornam menos previsíveis.”

Leia o Artigo Original: New Atlas

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