Em uma das últimas edições da prestigiada revista científica internacional Physical Review Letters, foi publicado um artigo sobre o trabalho teórico desenvolvido pelo docente José Abel Hoyos Neto, do Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP), em conjunto com Thomas Vojta, do Missouri University of Science and Technology (USA).
O trabalho em questão, denominado Criticality and Quenched Disorder: Harris Criterion Versus Rare Regions, visa esclarecer a relevância e classificar os efeitos de impurezas e defeitos (ou outras fontes de desordem) em transições de fase, tendo como base o critério de Harris e o comportamento das singularidades de Griffiths.
Para entender melhor, transições de fase são fenômenos onipresente
s na natureza, como, por exemplo, quando a água de uma poça evapora, quando o gelo derrete ou até quando um material esfria suficientemente para entrar numa fase supercondutora.
É bem conhecido que as propriedades termodinâmicas (como calor específico, compressibilidade e magnetização entre outros) comportam-se de maneira incomum próximas das transições de fases. Além disso, esse comportamento pode ser fortemente influenciado pela presença de poucas impurezas ou defeitos: Por exemplo, a eletrônica atualmente é baseada no silício. Para que os vários componentes eletrônicos tenham as características desejadas para a realização de determinadas tarefas, é necessário ‘dopar’ o silício com certas impurezas, exemplifica Hoyos: Introduzir defeitos ou impurezas no material pode mudar seu comportamento, mas isto não quer dizer que seja para pior. Às vezes, pode ocorrer até um comportamento desejável, que pode ser usado na realização de novos materiais. O meu objetivo acadêmico é entender a influência concreta destas impurezas. Com ‘sorte’, podemos usar esse conhecimento em aplicações práticas, como em engenharia de novos materiais, complementa o pesquisador.
Quanto ao cálculo utilizado neste levantamento, Hoyos enfatiza que nem sempre que se coloca impureza em um material ocorre alguma mudança. Basicamente, o cálculo usado tem como função saber quando acontece e quando não acontece alguma transformação de relevância, não sendo assim necessário estudar o material impuro no segundo caso. Apesar de ser possível saber se tais impurezas podem ou não mudar o comportamento de um material, o pesquisador do IFSC-USP revela que ainda não há como saber qual é o novo comportamento que surgirá em uma transição de fase específica.
De acordo com Hoyos, o método em questão pode ser aplicado em várias situações: em transições de fase clássicas e quânticas no equilíbrio e em transições de fase clássicas fora de equilíbrio. O questionamento sobre a relevância das impurezas não é uma pergunta que só surgiu no século XXI, já que essa questão já era colocada há muito tempo: Vários pesquisadores já construíram critérios para determinar a relevância ou não das impurezas, sublinha o pesquisador.
Para entender um pouco mais a fundo o contexto onde o trabalho se insere, é necessário dizer que atualmente há duas “escolas” complementares de como estudar a influência de desordem em transições de fase. A primeira se foca na “média” da modificação do comportamento, enquanto a segunda se concentra no comportamento “atípico” que as impurezas podem proporcionar. A primeira escola é bem estabelecida e de onde se obtém o famoso critério de Harris e suas variantes. A segunda é menos estudada, por sua dificuldade técnica, mas sabe-se que o comportamento atípico das impurezas dá origem às singularidades de Griffiths.
O avanço proporcionado pelo presente trabalho foi uma maneira simples de determinar às singularidades de Griffiths sem perder o ponto de vista da primeira escola. Antes desse avanço, achava-se que, em alguns casos, as singularidades de Griffiths seriam relevantes para determinar o comportamento das propriedades termodinâmicas do material, que, por sua vez, estaria em desacordo com o critério de Harris. Com o novo cálculo, há uma reconciliação dessas escolas.
O docente afirma que foi possível, de certa forma, unir as duas escolas e agora pode-se saber, de fato, quando a influência de desordem é importante ou não. Apesar das limitações do método, o especialista conta que ele captura a essência das duas escolas: Sabemos agora qual aspecto importante de uma teoria era negligenciado por outra para entender uma determinada situação e vice-versa. Sendo assim, o nosso entendimento científico sobre a natureza progrediu um pouco, finaliza o pesquisador do IFSC-USP.
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Assessoria de Comunicação
