Quatro ondas interferem entre si e mostram um padrão de interferência. A parte escura do modelo é onde os elétrons ficam em “estado escuro” devido ao cancelamento de ondas de diferentes formatos. Introdução do Professor Jeonsoo Kim
Através de investigação internacional conjunta, uma equipa de investigação local conseguiu identificar “elétrons escuros” em materiais sólidos, cuja existência era anteriormente considerada impossível de acordo com previsões teóricas. Espera-se que a revelação do papel dos elétrons escuros nos aproxime um passo da determinação do mecanismo da supercondutividade em alta temperatura, um problema difícil na física moderna.
O Ministério da Ciência e TIC anunciou que a equipe do Professor Kim Geun-soo do Departamento de Física da Universidade Yonsei identificou a existência de “elétrons escuros” em materiais sólidos pela primeira vez no mundo por meio de pesquisas internacionais conjuntas e publicou a pesquisa resultados na revista acadêmica internacional “Nature Physics” no dia 29.
Na natureza, existe um “estado escuro” da matéria que é extremamente difícil de observar porque a matéria não absorve nem emite luz. Embora sejam difíceis de observar, eles existem claramente e têm um impacto, por isso determinar a existência de estados escuros naturais é muito importante na resolução de desafios científicos.
Os elétrons, as partículas fundamentais da natureza, também podem existir em estado escuro e até agora foram descobertos em nível atômico ou molecular. A teoria atual previu que o estado escuro seria impossível porque os elétrons em sólidos nos quais os átomos estão regularmente dispostos existem em uma gama diversificada e complexa de estados, mas a existência de elétrons invisíveis tem sido uma questão de longa data na comunidade física.
A equipe de pesquisa se concentrou no fato de que os átomos nos sólidos estão organizados em um padrão que se repete regularmente de estruturas unitárias finas. Se a estrutura unitária tiver “simetria de espelho deslizante”, onde dois pares de átomos do mesmo tipo são iguais, então a relação entre os elétrons não é complexa e é simplificada para quatro tipos. Neste momento, presumia-se que os elétrons existiam em um estado escuro inobservável.
De acordo com a mecânica quântica, os elétrons existem em torno dos átomos em ondas e interferem uns nos outros. É semelhante ao formato de cada círculo concêntrico que se espalha quando várias pedras são atiradas em águas calmas. Neste momento, quando as formas de onda geradas se sobrepõem de modo que os pontos altos e baixos coincidem, ocorre “interferência construtiva”, que aumenta a altura (amplitude) das ondas acima e abaixo. Por outro lado, quando as formas de onda se invertem e os pontos altos e baixos se fundem, ocorre “interferência de deslocamento”, onde a altura da onda diminui e desaparece.
Quando ondas de elétrons geradas por dois pares de átomos interferem na mesma forma (estado da luz na imagem abaixo), ocorre “interferência construtiva” e se torna um estado que pode ser observado como luz. No entanto, nas restantes três situações em que os pares têm formas diferentes (o estado escuro na imagem abaixo), a “interferência destrutiva” ocorre sempre quando duas ondas interferem, criando um estado escuro que não pode ser observado usando quaisquer condições de medição, tais como energia luminosa. ou elétrons sendo formados.
Um diagrama que mostra a forma de onda eletrônica por tipo em quatro (pares) átomos do mesmo tipo dispostos regularmente na estrutura unitária de um sólido. Quando todas as ondas têm o mesmo formato (canto superior esquerdo), ocorre interferência construtiva quando as ondas de elétrons se sobrepõem, criando um “estado brilhante” que pode ser observado como luz. Nos outros três casos, a interferência destrutiva ocorre à medida que ondas electrónicas de diferentes formas se sobrepõem e desaparecem, resultando num “estado escuro”. Introdução do Professor Jeonsoo Kim
Através de quatro anos de pesquisa e do uso de um acelerador de luz síncrona, a equipe de pesquisa conseguiu descobrir que os elétrons, até agora difíceis de observar, estavam em estado escuro no óxido de cobre, um material supercondutor que pode suportar altas temperaturas. Este é o primeiro resultado de pesquisa do mundo que mostra que os elétrons podem existir em estado escuro em sólidos.
“Ao detectar os electrões escuros que não podem ser observados em supercondutores de alta temperatura, estamos um passo mais perto de identificar o mecanismo da supercondutividade a alta temperatura”, disse a equipa de investigação.
A supercondutividade é um fenômeno no qual a resistência de um material desaparece em temperaturas muito baixas. O fenômeno da supercondutividade, que só foi detectado em temperaturas extremamente baixas abaixo de -240 °C, foi descoberto em 1986 como um fenômeno de supercondutividade em alta temperatura que ocorre mesmo em temperaturas relativamente altas. Se a temperatura crítica para a supercondutividade puder ser elevada para perto da temperatura ambiente, espera-se que isso leve a inovações tecnológicas, como energia sem perdas e técnicas de transmissão e diagnóstico baratas.
“Identificar a existência de elétrons escuros em materiais sólidos é uma pista para a compreensão de fenômenos quânticos que ainda não foram explicados”, disse o professor Geunsu Kim. “Planejamos enfrentar o desafio de resolver o mistério da supercondutividade em alta temperatura, um longo caminho. -desafio permanente na física.
– doi.org/10.1038/s41567-024-02586-x
“Leitor implacável. Especialista em mídia social. Amante de cerveja. Fanático por comida. Defensor de zumbis. Aficionado por bacon. Praticante da web.”