Uma simulação quântica encontrou um teto na resistividade causada por colisões de elétrons.
Cada vez que a eletricidade flui através de um fio, parte de sua energia é inevitavelmente perdida na forma de calor, à medida que os elétrons colidem entre si e com o material ao seu redor. Mas até que ponto estas colisões podem aumentar a resistência eléctrica? Um novo estudo sugere que existe um limite fundamental.
Para investigar, pesquisadores da Universidade de Toronto, L’École Normale Supérieure em Paris, e Universidade de Leh acabou sendo um substituto incomum para os elétrons: átomos de potássio ultrafrios resfriados a temperaturas logo acima zero absoluto.
Ao controlar com precisão a frequência com que os átomos colidiam, eles descobriram que a resistência aumentava apenas até um certo ponto antes de se estabilizar. A descoberta fornece evidências experimentais raras de um limite microscópico de resistência e pode melhorar a compreensão dos cientistas sobre o comportamento dos elétrons em materiais quânticos.
“Sabe-se que colisões elétron-elétron aumentam a resistividade em alguns materiais puros”, explica Joseph Thyhuisen, professor do Departamento de Física da Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Toronto e do Centro de Informação Quântica e Controle Quântico, autor sênior de um estudo publicado. Carta de revisão física. “A energia produzida pela resistência elétrica aparece na forma de calor. Por exemplo, as linhas de transmissão perdem até 8% da energia elétrica produzida. Estudar a resistência também é interessante porque pode ser uma nova assinatura física na matéria.”
Uma malha leve isola colisões
O experimento depende de uma rede óptica, uma grade de luz que mantém os átomos no lugar e permite que atuem como elétrons movendo-se através do sólido. Esta configuração controlada permite aos cientistas recriar condições extremas que os sólidos comuns não conseguem alcançar e concentrar-se especificamente em como as colisões afetam a resistência.
“Observamos que os átomos, que têm apenas alguns nanômetros de tamanho, colidem uns com os outros como se fossem muito maiores”, diz Thyhuisen. “Este aprimoramento quântico é eficaz o átomo O tamanho aumenta muito a probabilidade de colisões em um determinado local da rede, aumentando a resistividade do sistema.”
A resistência atingiu um teto
Quando a interação entre os átomos se torna muito forte, a resistência causada pela colisão não aumenta mais. Em vez disso, atingiu um ponto de saturação. O resultado sugere que a resistência causada pelo espalhamento de elétrons em metais pode enfrentar um limite superior semelhante.
“Nossos resultados fornecem uma compreensão microscópica clara de como funciona a resistividade em metais de baixa densidade e abrem a porta para novos estudos de sistemas atômicos e materiais quânticos fortemente correlacionados”, disse Thyhuisen.
Referências: Frank Corapi, Robin T. Learn, Benjamin Driessen, Antoine Lefebvre, Xavier Leronas, Frederic Chevy, Cora J. Fujiwara e Joseph H. “Lattice Unitarity: Saturated Collision Resistivity in Hubbard Metals” por Thyhuisen, 26 de maio Carta de revisão física.
DOI: 10.1103/bhw8-p536
Financiamento: Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá, Agence Nationale de la Recherche, Institut Universitaire de France
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