Cientistas do Indian Institute of Science (IISc) observaram que elétrons em grafeno podem se comportar como um fluido com resistência extremamente baixa ao fluxo. O fenômeno, descrito em estudo publicado na revista Nature Physics, representa um comportamento coletivo incomum de partículas e amplia o entendimento sobre estados quânticos da matéria.
Comportamento coletivo dos elétrons
Há décadas, físicos investigam a possibilidade de elétrons se moverem de forma coletiva, semelhante a um fluido. Na prática, esse tipo de comportamento é difícil de observar, já que imperfeições nos materiais — como defeitos atômicos e impurezas — tendem a interromper efeitos quânticos delicados.
No estudo, pesquisadores do IISc, em colaboração com o National Institute for Materials Science (Japão), utilizaram amostras de grafeno com alto grau de pureza para analisar simultaneamente o transporte de carga elétrica e calor.
O grafeno é formado por uma única camada de átomos de carbono organizados em uma estrutura bidimensional, sendo amplamente estudado por suas propriedades eletrônicas incomuns.
Desvio da lei de Wiedemann-Franz
As medições mostraram um comportamento atípico: enquanto a condutividade elétrica aumentava, a condutividade térmica diminuía, indicando uma dissociação entre o transporte de carga e calor.
Esse resultado contraria a lei de Wiedemann-Franz, que prevê uma relação proporcional entre essas duas grandezas em metais. Segundo os pesquisadores, os desvios observados chegaram a valores superiores a 200 vezes em determinadas condições de baixa temperatura.
O chamado fluido de Dirac
O fenômeno ocorre próximo ao chamado ponto de Dirac, condição em que o grafeno apresenta uma transição entre comportamento metálico e isolante. Nesse regime, os elétrons deixam de agir como partículas independentes e passam a se mover de forma coletiva.
Esse estado é conhecido como fluido de Dirac, caracterizado por uma viscosidade extremamente baixa e por propriedades associadas a sistemas quânticos fortemente correlacionados.
De acordo com o pesquisador Arindam Ghosh, do IISc, o grafeno continua sendo uma plataforma relevante para investigar fenômenos quânticos, mesmo décadas após sua descoberta.
Implicações para pesquisa
Os resultados permitem explorar, em ambiente controlado, comportamentos físicos que normalmente são associados a sistemas extremos. Isso inclui o estudo de transporte coletivo de partículas e outras propriedades relacionadas à física de matéria condensada.
Além disso, o controle desse tipo de comportamento pode contribuir para o desenvolvimento de dispositivos experimentais e sensores de alta sensibilidade, embora aplicações práticas ainda dependam de avanços adicionais.
Fontes: Estudo publicado na revista Nature Physics, conduzido pelo Indian Institute of Science (IISc) em colaboração com o National Institute for Materials Science (Japão).
