Eltrons comportam-se como lquido e quebram lei fundamental da fsica

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 02/10/2025

literalmente uma enxurrada – s que de eltrons, e no de gua.
[Imagem: IISC]

Conexo entre eletricidade e calor

Os livros didticos de fsica trazem uma regra muito clara para os metais, conhecida como lei de Wiedemann-Franz, que determina que os valores da condutividade eltrica e da condutividade trmica devem ser diretamente proporcionais.

Ou, pelo menos, deveriam ser.

Mas no foi isso o que documentaram Aniket Majumdar e colegas do Instituto Indiano de Cincias. Eles observaram um forte desvio dessa lei, por um fator de mais de 200, demonstrando o desacoplamento dos mecanismos de conduo de carga eltrica e de calor.

O trabalho envolve um enigma central na fsica quntica, que permanece sem soluo: Os eltrons poderiam se comportar como um fluido perfeito e sem atrito, com propriedades eltricas descritas por um nmero quntico universal?

Essa propriedade nica dos eltrons tem sido extremamente difcil de detectar em qualquer material at agora, devido presena de defeitos atmicos, impurezas e imperfeies nas amostras de teste. Majumdar resolveu este problema fabricando amostras de grafeno excepcionalmente puras, o que permitiu pela primeira vez rastrear como um material 2D, com uma estrutura cristalina ordenada como os metais, conduz eletricidade e calor simultaneamente.

Para sua surpresa, os pesquisadores descobriram uma relao inversa entre as duas propriedades: medida que um valor (condutividade eltrica) aumentava, o outro (condutividade trmica) diminua, e vice-versa. E a variao foi muito grande, representando uma violao drstica da lei de Wiedemann-Franz.

Lquido de eltrons

O comportamento extico surgiu no chamado “ponto de Dirac”, um ponto de inflexo eletrnico preciso – alcanado ajustando o nmero de eltrons no material – onde o grafeno no nem um metal e nem um isolante. Nesse estado, os eltrons deixam de se comportar como partculas individuais e, em vez disso, se movem juntos como um lquido, assim como a gua, mas cem vezes menos viscoso.

“Como esse comportamento semelhante ao da gua encontrado prximo ao ponto de Dirac, ele chamado de fluido de Dirac – um estado extico da matria que imita o plasma de quarks e glons, uma sopa de partculas subatmicas altamente energticas observada em aceleradores de partculas no CERN,” disse Majumdar.

E o desacoplamento entre os mecanismos de conduo de carga eltrica e de calor no um evento aleatrio: Tanto a conduo de carga quanto a de calor, nesse caso, dependem de uma constante universal independente do material, que igual ao quantum de condutncia, um valor fundamental relacionado ao movimento dos eltrons.

Assim, dizem os pesquisadores, o experimento mostra que o grafeno funciona como uma plataforma de baixo custo para investigar conceitos da fsica muito amplos, da entropia e do entrelaamento quntico, nas menores escalas, at fenmenos da fsica de altas energias e da astrofsica, como a termodinmica dos buracos negros, tudo em ambiente laboratorial.

Do ponto de vista tecnolgico, a presena do fluido de Dirac no grafeno tambm apresenta um potencial significativo para uso em sensores qunticos capazes de amplificar sinais eltricos e detectar campos magnticos extremamente fracos.

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