Nova pesquisa descobre que o estresse e a deformação alteram a estrutura eletrônica do metal

A pesquisa, publicada hoje (26^º outubro) na revista Ciência, demonstra experimentalmente, pela primeira vez, que as propriedades eletrônicas e mecânicas de um metal estão conectadas. Anteriormente, entendia-se teoricamente que haveria uma conexão, mas pensava-se que seria muito pequena para ser detectada em um experimento.

Clifford Hicks, leitor de Física da Matéria Condensada, que trabalhou no estudo, disse:”As propriedades mecânicas são normalmente descritas em termos de ligação entre átomos, enquanto as propriedades eletrônicas dos metais são descritas por estados que se estendem por muitos átomos. A rede atômica ( o termo usado para descrever o arranjo dos átomos) de um metal e suas propriedades mecânicas são geralmente considerados como não sendo afetados por quais estados eletrônicos estão ocupados e quais estão vazios, mas neste trabalho mostramos que isso nem sempre é uma boa suposição .”

Os pesquisadores da Universidade de Birmingham e do Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos (em Dresden, Alemanha) conduziram experimentos com o metal supercondutor rutenato de estrôncio (Sr₂RuO₄). Ao medir a distorção da rede em função da tensão aplicada, a equipe descobriu que quando Sr₂RuO₄ é comprimido em cerca de 0,5%, uma medida de rigidez mecânica conhecida como módulo de Young diminui cerca de 10% e depois aumenta cerca de 20% quando o material é ainda mais comprimido. Esta mudança corresponde a um novo conjunto de estados eletrônicos sendo ocupados, numa transição que havia sido identificada anteriormente através de medições eletrônicas, mas não mecânicas.

Dr Hicks continuou: “Embora seja completamente padrão medir as relações tensão-deformação na engenharia mecânica, não é algo que tenha sido feito para estudar propriedades eletrônicas. Isso ocorre porque os metais que possuem propriedades eletrônicas interessantes tendem a ser quebradiços, tornando-o difícil aplicar grandes forças. Além disso, grandes deformações são normalmente necessárias para alterar significativamente as propriedades eletrônicas. Neste experimento, amostras de Sr₂RuO₄ foram comprimidos em até 1%. Para visualizar isso, imagine pegar uma régua de granito e apertá-la até atingir 99 cm de comprimento.”

Para superar estes obstáculos, os cientistas tiveram que construir novos instrumentos que pudessem medir amostras pequenas e delicadas e lidar com temperaturas criogénicas, uma vez que as medições electrónicas são mais precisas a temperaturas mais baixas. Isso levou cinco anos de planejamento e design.

Esta pesquisa, que foi financiada pela Fundação Alemã de Pesquisa (Deutsche Forschungsgemeinschaft) e pela Sociedade Max Planck, é a primeira desse tipo.

Agora que esta experiência foi concluída num material, os cientistas estão ansiosos por realizar medições semelhantes noutros metais. Uma versão da máquina desenvolvida para este projeto é fabricada por uma empresa de engenharia com sede no Reino Unido e, à medida que o aparelho for desenvolvido, poderá encontrar aplicação no estudo de ligas de alta resistência. Este projeto fornece um exemplo de como a pesquisa fundamental motivada pela curiosidade pode levar a novas tecnologias com aplicações práticas.