Pesquisadores fazem elétrons comportarem-se como líquido com grafeno

Pesquisadores do Instituto Indiano de Ciências, liderados por Aniket Majumdar, observaram um fenômeno que desafia uma das leis clássicas da física dos metais, a lei de Wiedemann-Franz, segundo a qual a condutividade elétrica e a condutividade térmica de um metal devem ser proporcionais. No entanto, ao estudar o grafeno, eles registraram um desvio de mais de 200 vezes em relação a essa regra, evidenciando que os mecanismos de condução de carga e de calor podem se desacoplar completamente.

Para investigar esse comportamento, Majumdar e sua equipe utilizaram amostras de grafeno de altíssima pureza, um material bidimensional com estrutura cristalina altamente ordenada. Essa pureza permitiu eliminar interferências de impurezas e defeitos atômicos, possibilitando observar com precisão como o grafeno conduz eletricidade e calor. Pela primeira vez, foi possível acompanhar simultaneamente esses processos de condução em um material 2D.

Os resultados mostraram um comportamento oposto ao previsto: conforme a condutividade elétrica aumentava, a condutividade térmica diminuía e vice-versa. Esse efeito extremo ocorre no chamado “ponto de Dirac”, uma condição na qual o grafeno deixa de agir como metal ou isolante e seus elétrons passam a se mover de forma coletiva, como se formassem um líquido quase sem atrito. Esse estado, denominado fluido de Dirac, é comparável a fenômenos de física de altas energias, como o plasma de quarks e glúons observado em aceleradores de partículas.

Os pesquisadores destacam que o desacoplamento entre as condutividades elétrica e térmica não é aleatório: ambas passam a depender de uma constante universal de condutância quântica, o que reforça a ideia de que o grafeno pode servir como um modelo experimental para explorar propriedades fundamentais da matéria.

Graças a essa descoberta, o grafeno se consolida como uma plataforma acessível para testar conceitos da física quântica e relativística, desde o entrelaçamento quântico e a entropia em escala microscópica até fenômenos astrofísicos, como a termodinâmica dos buracos negros.

Além de seu valor teórico, o estudo aponta aplicações práticas promissoras. O comportamento do fluido de Dirac no grafeno pode abrir caminho para o desenvolvimento de sensores quânticos altamente sensíveis, capazes de amplificar sinais elétricos e detectar campos magnéticos extremamente fracos, uma perspectiva que une a física fundamental à inovação tecnológica.