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Uma equipe de físicos da Universidade de Nova York mapeou como as energias dos elétrons variam de região para região, em um estado quântico específico, com uma clareza sem precedentes. Essa descoberta revela um mecanismo subjacente pelo qual os elétrons influenciam uns aos outros, denominado “hibridização” quântica, que era invisível em experimentos anteriores.

As descobertas, fruto do trabalho de cientistas da Universidade de Nova York, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, da Universidade Rutgers e do MIT, todos nos Estados Unidos, foram publicados na revista Nature Physics.

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Os cientistas concentraram seus trabalhos no seleneto de bismuto (Bi2Se3), um material que vem sendo investigado na última década como base de informações avançadas e tecnologias de computação quântica. Pesquisas de 2008 e 2009 identificaram o material para hospedar um raro estado quântico de “isolador topológico” que altera a maneira como os elétrons, em sua superfície, interagem e armazenam informações.

Desde então, estudos confirmaram várias ideias inspiradas em elétrons de superfície isoladores topológicos. No entanto, por estarem na superfície de um material, as partículas são expostas a fatores ambientais não presentes em boa parte do material, fazendo com que se manifestem e se movam de maneiras diferentes de região para região.

Reprodução

A lacuna de conhecimento resultante, juntamente com desafios semelhantes para outras classes de materiais, motivou os cientistas a desenvolverem técnicas para medir elétrons com resolução espacial, em escala de mícron ou nanômetro, permitindo aos pesquisadores a examinação de interação dos elétrons sem interferência externa.

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A pesquisa da NYU é uma das primeiras a usar essa nova geração de ferramentas experimentais, denominada “espectromicroscopia” – e a primeira investigação espectromicroscópica do Bi2Se3. Esse procedimento pode rastrear a diferença de movimento dos elétrons em cada região de um material. Em vez de focar na atividade média de elétrons, em uma única região grande, na superfície de uma amostra, os cientistas coletaram dados de quase mil regiões menores.

Ao ampliar o terreno com essa abordagem, eles puderam observar assinaturas de hibridação quântica nas relações entre elétrons em movimento, como uma repulsão entre estados eletrônicos que se aproximam uns dos outros em energia. As medidas desse método iluminaram a variação de quase-partículas eletrônicas na superfície do material.

Segundo Erica Kotta, principal autora do estudo, os resultados “fornecem uma nova visão sobre a física dos isoladores topológicos, fornecendo a primeira medição direta da hibridação quântica entre elétrons perto da superfície”.

Via: ScienceDaily