FSU descobre novo estado da matéria em que elétrons se comportam de modo caótico
A eletricidade que move carros, celulares e computadores vem do movimento ordenado dos elétrons, mas pesquisadores da Universidade Estadual da Flórida (FSU) encontraram evidências de um novo estado da matéria no qual esses mesmos elétrons passam a agir de maneira caótica e imprevisível. O trabalho, realizado com simulações avançadas no Centro de Computação de Pesquisa da FSU, mapeou uma transição de fase quântica em que padrões estáveis se desfazem e surgem comportamentos coletivos inesperados.
O que exatamente foi observado
Segundo o estudo, a maneira caótica dos elétrons no novo estado da matéria corresponde às condições para a formação de um cristal de Wigner generalizado. Em alguns materiais, os elétrons podem congelar em padrões regulares, criando uma fase similar a um sólido. Este processo, por sua vez, ativa uma transição no estado da matéria formado coletivamente pelos elétrons. Os pesquisadores destacam que, nesse ponto, o material pode passar de condutor a isolador.
“Esse fenômeno torna o material condutor em um isolador. Assim, interrompendo o fluxo de elétrons e oferecendo uma janela única de observação de seus comportamentos complexos”, dizem os cientistas. A observação desse comportamento abre a porta para estudar como a matéria eletrônica pode reorganizar-se em formas inesperadas, gerando um novo estado da matéria com propriedades diferentes das fases conhecidas.
Como os cientistas mapearam a transição
Os autores do estudo usaram simulações computacionais de alta performance para seguir a mudança de fase dos elétrons, desde padrões bem definidos até regimes de movimento desordenado. Essas simulações permitiram identificar condições em que parte dos elétrons permanece «congelada», enquanto outro grupo se deslocaliza, movendo-se pelo sistema de forma livre.
Hitesh Changlani, um dos autores, comparou o comportamento ao jogo Pinball: “O cristal de Wigner generalizado pode ‘derreter’ parcialmente. Ou seja, alguns elétrons continuam congelados, enquanto outros se deslocalizam e começam a se mover pelo sistema, semelhantemente a uma bola em uma máquina de pinball. Em nosso estudo, determinamos quais ‘botões quânticos’ girar para desencadear essa transição de fase e alcançar um cristal de Wigner generalizado”, afirmou.
Contexto histórico: o cristal de Wigner e a previsão de 1934
Cristal de Wigner, também chamado de gelo de elétron, é a fase sólida dos elétrons prevista pelo físico húngaro Eugene Wigner em 1934. Embora a ideia exista há quase um século, só recentemente foi possível observar a cristalização eletrônica em condições experimentais. O novo trabalho da FSU amplia esse cenário ao mostrar que, além da forma cristalizada, há regimes intermediários e caóticos que representam um novo estado da matéria com características únicas.
Por que essa descoberta importa
Identificar um novo estado da matéria onde elétrons exibem comportamento caótico tem implicações práticas e teóricas. Do ponto de vista básico, melhora a compreensão das transições de fase quânticas e das interações coletivas entre partículas carregadas. Do ponto de vista aplicado, materiais que alternam entre condução e isolamento sob condições controladas podem inspirar novos dispositivos eletrônicos, sensores e plataformas para computação quântica.
A capacidade de mapear e, potencialmente, controlar a transição para um cristal de Wigner generalizado significa também que os cientistas podem explorar rotas para manipular a condutividade de materiais de forma precisa, criando estados eletrônicos com propriedades desejadas.
O que vem a seguir
O estudo da FSU é baseado em simulações, portanto os próximos passos devem incluir verificações experimentais em materiais reais. Pesquisadores vão procurar assinaturas desse novo estado da matéria em amostras, usando técnicas que detectem tanto padrões congelados de elétrons quanto a presença de movimentos desordenados semelhantes ao pinball descrito no estudo.
Se confirmadas experimentalmente, essas fases eletrônicas complexas podem abrir um novo capítulo na física da matéria condensada, com novas aplicações e um entendimento mais profundo de como coleções de elétrons podem organizar-se coletivamente. Enquanto isso, a comunidade científica seguirá desvendando quais parâmetros e “botões quânticos” são necessários para controlar essa transição, consolidando a noção de que existe mais de um modo de a matéria eletrônica se comportar.
Nota: a descoberta foi realizada por cientistas do Centro de Computação de Pesquisa da FSU, e combina teorias históricas, como a previsão de Eugene Wigner em 1934, com simulações modernas que revelam esse novo estado da matéria.
