Metal estranho é silencioso quando se trata de ruído de tiro – Physics World

As medições de ruído sugerem que um “metal estranho” não conduz eletricidade através de portadores de carga discretos, segundo investigadores nos EUA e na Áustria. Doug Natelson na Universidade Rice,  Silke Paschen da Universidade Técnica de Viena e colegas mediram baixos níveis de ruído de disparo em nanofios feitos de um metal estranho. A sua descoberta poderá abrir uma nova área de investigação sobre estes materiais intrigantes.

Desde a década de 1950, a teoria do Fermi-líquido tem feito um excelente trabalho ao descrever o comportamento dos elétrons de condução na maioria dos metais. Segundo a teoria, as correntes elétricas surgem através do movimento de quasipartículas, que são excitações coletivas de elétrons de condução que se comportam como partículas. Uma analogia útil é que o movimento de uma pessoa numa multidão também envolve o movimento das pessoas circundantes – que saem do caminho e preenchem as lacunas deixadas na sequência do movimento.

Como resultado do seu sucesso, a teoria líquida de Fermi ganhou o título informal de “modelo padrão” dos metais comuns. Mas, tal como o Modelo Padrão da física de partículas, sabe-se que a teoria tem os seus limites.

“Nos últimos 40 anos, em particular, tornou-se claro que existem metais que não parecem enquadrar-se no quadro do líquido de Fermi e muitos deles partilham propriedades semelhantes”, explica Natelson.

Argumentos ousados

“Há muita discussão sobre se existe uma imagem unificadora por trás destes metais estranhos, e alguns argumentos ousados ​​previram que as quasipartículas podem não ser a descrição correta do fluxo de carga nesses sistemas”, diz Natelson.

Em seu estudo, a equipe investigou se a medição do ruído de disparo em um metal estranho poderia ser uma forma confiável de testar essas ideias. O ruído de disparo ocorre em metais comuns porque a corrente é transportada por quasipartículas discretas. Isto significa que em correntes baixas, pequenas flutuações no número de quasipartículas levam a flutuações na corrente medida – e essas flutuações são chamadas de ruído de disparo.

Se as quasipartículas estão realmente ausentes em metais estranhos, Natelson e colegas raciocinaram que o ruído de tiro também deveria estar ausente. Para explorar essa ideia, eles experimentaram o composto dissilicida de itérbio e diródio (YbRh₂Si₂), que é um dos metais estranhos mais amplamente estudados.

Giros emaranhados

“Este sistema mostra uma resposta de metal estranho na transição entre dois estados líquidos Fermi diferentes, cada um com um número efetivo diferente de portadores de carga”, explica Natelson. Perto deste limite, estudos anteriores descobriram que as cargas dos electrões ficam profundamente emaranhadas com os seus spins, fazendo com que as quasipartículas electrónicas desapareçam.

A equipe foi inspirada por experimentos realizados pela primeira vez na década de 1990, que mediram cuidadosamente o ruído de disparo em nanofios feitos de uma variedade de metais comuns – incluindo ouro. Essas medições corresponderam estreitamente às previsões da teoria dos líquidos de Fermi.

Em seus próprios experimentos, os pesquisadores usaram uma nova técnica de fabricação para moldar o YbRh₂Si₂ nanofios e, em seguida, seguiram os mesmos procedimentos de medição utilizados nos estudos anteriores.

Silêncio inexplicável

“Descobrimos que o ruído em YbRh₂Si₂ fios é muito inferior ao observado em fios de ouro”, explica Natelson. “Através de outras medições em YbRh mais longos₂Si₂ fios, mostramos que a dispersão elétron-fônon aparentemente não pode explicar essa supressão de ruído neste sistema.”

Metais estranhos revelam seus segredos

Suas medições fornecem fortes evidências de que as quasipartículas estão ausentes em metais estranhos como o YbRh₂Si₂. Isto apoia as suspeitas de longa data de alguns físicos de que a teoria dos líquidos de Fermi não pode fornecer uma descrição completa de como os metais estranhos se comportam.

“Isso é muito emocionante”, diz Natelson. “É importante agora testar para ver se esse ruído suprimido é visto em outros metais estranhos, ou se podemos sintonizar entre o ruído ‘convencional’ e o suprimido, sintonizando dentro e fora do regime de metal estranho.” Se for este o caso, isto poderá abrir uma nova e excitante área de investigação – possivelmente até conduzindo a novas famílias de metais exóticos.

A pesquisa é descrita em Ciência.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/