Demnio de Pines pode explicar supercondutividade

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 10/08/2023

Demnio de Pines

Em 1956, o fsico terico David Pines [1924-2018] previu que os eltrons em um slido poderiam fazer algo estranho: Embora eles normalmente tenham uma massa e uma carga eltrica, em determinadas situaes eles poderiam se combinar, formando uma partcula composta sem massa, neutra e que no interage com a luz.

Essa partcula passou a ser conhecida como “demnio de Pine”, e no faltaram sugestes de que ela poderia estar envolvida em fenmenos de largo interesse, como na supercondutividade.

Agora, 67 anos depois, fsicos finalmente conseguiram observar experimentalmente um demnio de Pine, comprovando sua existncia – existem outras partculas demnio, como o famoso demnio de Maxwell.

“Os demnios foram conjecturados teoricamente h muito tempo, mas os experimentalistas nunca os estudaram. Na verdade, nem estvamos procurando por ele. Mas descobrimos que estvamos fazendo exatamente a coisa certa e o encontramos,” contou o professor Peter Abbamonte, da Universidade de Illinois, nos EUA.

A equipe estava estudando um composto chamado rutenato de estrncio (Sr₂RuO₄) por uma razo muito interessante: Esse metal semelhante aos supercondutores de alta temperatura, mas no um supercondutor. Na esperana de encontrar explicaes para o enigma, eles realizaram o primeiro levantamento de suas propriedades eletrnicas.

Foi quando o demnio de Pine saiu de seu esconderijo, mostrando-se de modo inquestionvel.

Partcula demnio

Uma das descobertas mais importantes da fsica da matria condensada que os eltrons perdem sua individualidade nos slidos. As interaes eltricas fazem com que os eltrons se combinem para formar unidades coletivas, como os bem conhecidos pares de Cooper da supercondutividade. Se tiverem energia suficiente, eles podem at formar partculas compostas, chamadas plsmons, com uma nova carga e massa determinadas pelas interaes eltricas desse plasma.

Contudo, sua massa geralmente to grande que os plsmons no conseguem se formar com as energias disponveis temperatura ambiente.

O professor Pines encontrou uma exceo a essa regra em 1956: Se um slido tiver eltrons em mais que uma banda de energia, como acontece em muitos metais, seus respectivos plsmons podem se combinar em um padro fora de fase, formando um novo plsmon sem massa e sem carga (neutro). Algo to estranho s poderia receber um nome: um demnio.

Como os demnios no tm massa, eles podem se formar com qualquer energia, portanto podem existir em todas as temperaturas. Isso levou especulao de que eles tm efeitos importantes sobre o comportamento dos metais multibandas – metais nos quais os eltrons tm vrios caminhos disponveis para se mover, o que pode levar a uma variedade de propriedades interessantes, como supercondutividade, magnetismo, ondas de densidade de carga ou fases topolgicas.

Mas ningum at hoje havia visto essa partcula fugidia porque o fato de os demnios serem neutros significa que eles no deixam uma assinatura nos experimentos de matria condensada. “A grande maioria dos experimentos feita com luz e mede propriedades pticas, mas ser eletricamente neutro significa que os demnios no interagem com a luz. Um tipo completamente diferente de experimento era necessrio,” explicou Abbamonte.

E calhou de essas condies terem sido atendidas quando a equipe estudava o rutenato de estrncio.

“Isso mostra a importncia de ficarmos meramente medindo as coisas,” disse Abbamonte. “A maioria das grandes descobertas no so planejadas. Voc procura em algum lugar novo e v o que h l.”

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