Físicos liderados por Lu Li na University of Michigan descobriram oscilações quânticas originadas do volume de um material isolante, desafiando suposições de longa data na física. A descoberta, publicada em Physical Review Letters, sugere uma nova dualidade em que materiais podem se comportar como metais e isolantes. Esse fenômeno bizarro foi observado usando ímãs poderosos no National Magnetic Field Laboratory.
Lu Li, professor de física na University of Michigan, e uma equipe internacional de cientistas descobriram oscilações quânticas na capacidade térmica do isolante Kondo de borureto de iterbium (YbB12). Essas oscilações, tipicamente vistas em metais onde elétrons agem como pequenas molas vibrando em campos magnéticos, eram anteriormente debatidas em isolantes: se surgem da superfície ou do interior do volume.
Os pesquisadores realizaram experimentos no National Magnetic Field Laboratory, utilizando ímãs de até 35 Tesla—cerca de 35 vezes mais fortes que uma ressonância magnética hospitalar. Seus resultados, detalhados em Physical Review Letters (2025; 135 (15)), confirmam que as oscilações são intrínsecas ao volume do material, não apenas um efeito superficial.
"Eu adoraria afirmar que há uma grande aplicação, mas meu trabalho continua afastando esse sonho," disse Li. "Mas o que encontramos ainda é realmente bizarro e emocionante."
A descoberta aponta para uma "nova dualidade" na física, semelhante à dualidade onda-partícula da luz e da matéria descoberta há mais de um século. Li explicou: "Eficientemente, estamos mostrando que essa imagem ingênua em que imaginávamos uma superfície com boa condução que é viável para uso em eletrônicos está completamente errada. É todo o composto que se comporta como um metal, embora seja um isolante."
A colaboração envolveu mais de uma dúzia de cientistas de seis instituições nos Estados Unidos e no Japão, incluindo Kuan-Wen Chen e alunos de pós-graduação Yuan Zhu, Guoxin Zheng, Dechen Zhang, Aaron Chan e Kaila Jenkins da University of Michigan.
"Por anos, cientistas perseguiram a resposta a uma pergunta fundamental sobre a origem dos portadores neste isolante exótico: É do volume ou da superfície, intrínseco ou extrínseco?" disse Chen. "Estamos animados para fornecer evidência clara de que é do volume e intrínseco."
Zhu acrescentou: "Confirmar que as oscilações são do volume e intrínsecas é emocionante. Ainda não sabemos que tipo de partículas neutras são responsáveis pela observação. Esperamos que nossos achados motivem mais experimentos e trabalho teórico."
Li admitiu: "Eu gostaria de saber o que fazer com isso, mas nesta fase não temos ideia. O que temos agora é evidência experimental de um fenômeno notável, registramos e, hopefully, em algum ponto, realizaremos como usá-lo."
O projeto foi apoiado pela U.S. National Science Foundation, U.S. Department of Energy, Institute for Complex Adaptive Matter, Gordon and Betty Moore Foundation, Japan Society for the Promotion of Science e Japan Science and Technology Agency.