Physics News Update nº 831

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 831, de 5 de julho de 2007 por Phillip F. Schewe e Ben Stein. PHYSICS NEWS UPDATE
ESTARÃO PARTÍCULAS COM CARGA DUPLA À ESPREITA EM SUPERCONDUTORES DE ALTA TEMPERTURA?
Um dos maiores problemas não-resolvidos na física de matéria condensada é explicar como os elétrons se emparelham nos materiais de Óxido de Cobre, que se tornam supercondutores acima de 100°K.
Alguns teóricos acreditam que o local para começar a esclarecer este mistério é compreender melhor como os cupratos se comportam em temperaturas normais, muito antes deles se tornarem supercondutores.
O físico Phillip Phillips, da Universidade de Illinois, sugere que a solução pode ser a existência de uma partícula com carga dupla, até agora ignorada, que intermedia a interação entre elétrons que jazem em planos preenchidos com átomos de Cobre e Oxigênio. Esta partícula seria distinta de um par de Cooper, o transmissor de energia em um supercondutor. A nova partícula seria um bóson que carrega o dobro da carga do elétron, mas não é feita de excitações elementares. Não obstante, ela emerge de fortes repulsões entre os elétrons e persiste acima e abaixo da temperatura de transição para supercondução.
É irônico e revelador que os cupratos (em seu estado não-dopado) sejam isolantes de Mott. Nos isolantes comuns, cada possível estado dos elétrons é preenchido (com dois elétrons de spins contrários). Sob estas circunstâncias, não é possível qualquer corrente elétrica e o material é um isolante. Em um isolante de Mott, as coisas são mais contra-intuitivas. Somente metade dos estados eletrônicos estão ocupados, mas, mesmo assim, não há qualquer fluxo de corrente elétrica. Este estado de coisas surge por que as fortes repulsões entre os elétrons impedem qualquer movimento de elétrons
(http://www.aip.org/pnu/2003/split/645-2.html).
Quando elétrons extra ou “buracos” são introduzidos em um isolante de Mott, através de átomos “dopantes”, os isolantes de Mott mudam drásticamente. Uma mudança é que as faixas de energia permitidas no material não permanecem estáticas, como em um semicondutor. Esta falta de rigidez das faixas de energia facilita o aparecimento de novas partículas, diz Phillips.
Mas que tipo de excitação coletiva será esse? Concentremo-nos, no momento, nos elétrons na amostra. Semicondutores e a maior parte dos materiais obedecem ao princípio padrão de que a remoção de um elétron deixa atrás um estado vago. Em um condutor de Mott dopado, ao contrário, cada buraco deixa atrás de si dois estados vagos. Isto indica que o elétron removido não residias em um único estado eletrônico, mas devia estar em uma superposição de dois estados.
A pergunta é: como se descreve esse estado extra? Esta questão foi, agora, respondida por Phillips e seus colegas de Illinois (Leigh et al., Physical Review Letters, artigo em publicação).
Alguns resultados experimentais apoiam esta teoria (ver Graf et al., Physical Review Letters, 9 de fevereiro de 2007). O trabalho de Illinois mostra que a proposta partícula, com uma carga de 2-e se liga ao buraco e produz o estado que faltava. Phillips acredita que esta partícula é a responsável pelo estado normal dos cupratos, inclusive do estado de “pseudo-buraco”, a condição em que alguns elétrons no material parecem estar emparelhados, mesmo em temperaturas onde a supercondutividade se estabelece.
RODA GIGANTE ÓPTICA.
Uma nova forma de grade óptica, uma grade anular que gira, foi planejada pelos físicos na Universidade de Glasgow e na Universidade de Strathclyde.
Em uma grade óptica, uma rede de feixes de laser pode manter uma coletânea de átomos no lugar no espaço livre. Se as freqüências de dois feixes de laser gerados forem diferentes, a grade resultante pode ser posta a girar.
De fato, o padrão de lasers é criado, neste caso, através do uso de um holograma. Os átomos podem residir tanto em pacotes distintos no formato losangular (em alguns casos posicionados nas regiões escuras que resultam da interferência dos feixes laser), como espalhados ao longo de um formato anular contínuo (ver animação em http://www.physics.gla.ac.uk/Optics/projects/AM/).
Um objetivo de prender os átomos em uma zona escura, livre de luz, é reduzir o indesejável aquecimento dos átomos, que precisam ser ultra-resfriados para a realização de testes fundamentais sobre forças inter-atômicas. Além disso, como os teóricos estão muito interessados em estudar átomos alojados em cordas unidimensionais longas, e como tais cordas são difíceis de criar experimentalmente, a segunda melhor opção é enrolar a corda em si própria, na forma de um anel; daí a motivação para produzir uma grade óptica anular.
Os escoceses ainda não alojaram átomos em seu anel, mas, de acordo com Sonja Franke-Arnold, ela e seus colegas em Strathclyde planejam para breve injetar um condensado de Bose-Einstein (BEC) de átomos de Rubídio (Franke-Arnold et al., Optics Express, 9 de julho de 2007; a publicação é de acesso público e pode ser obtida em http://www.opticsexpress.org/abstract.cfm?id=138976)
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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.
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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.

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