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Um grupo de pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), no Japão, conseguiu capturar uma imagem inédita que mostra a órbita interna das partículas de um excíton. O feito é um avanço importante para a ciência e levou quase um século para acontecer.
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Os excítons são um estado excitado da matéria que é encontrado em semicondutores, eles são eletricamente neutros e se comportam de maneira diferente de outras partículas, como os elétrons. Eles são formados quando os semicondutores absorvem fótons de luz, o que faz com que elétrons carregados negativamente saltem para um nível de energia mais baixo para um nível mais alto.
Excítons são importantes para os semicondutores, no entanto, até o momento, os cientistas só haviam conseguido detectá-los e medi-los de maneira limitada. Uma das razões para isso era a fragilidade deles, já que com pouca energia ele é quebrado em elétrons livres e lacunas. Ou seja, sua natureza e fugaz e eles são extintos milésimos de bilionésimos de segundo depois de se formarem.
“Até muito recentemente, era possível acessar geralmente apenas as assinaturas ópticas de excítons, por exemplo, a luz emitida por um excíton quando extinto”, disse o autor sênior e chefe da Unidade de Espectroscopia do OIST, Keshav Dani.
“Outros aspectos de sua natureza, como seu momentum, e como o elétron e o buraco orbitam cada um outro, só poderiam ser descritos teoricamente”, completou o especialista.
Como a imagem foi captada
Para conseguirem captar a imagem, os pesquisadores geraram excítons enviando um pulso de laser dentro de um semicondutor bidimensional. Essa classe de materiais tem apenas alguns átomos de espessura e abrigam partículas mais robustas.
Após a formação dos excítons, a equipe usou um feixe de laser com fótons de energia ultra alta para separá-los e jogar os elétrons para fora do material, ou seja, o espaço de vácuo dentro de um microscópio eletrônico.
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A partir daí, o equipamento mediu o ângulo e a energia dos elétrons conforme eles voavam para fora do material. Depois disso, os pesquisadores conseguiram determinar o momento inicial do elétron quando ele foi ligado a um buraco dentro do excíton.
“A técnica tem algumas semelhanças com os experimentos do colisor da física de alta energia, em que as partículas são esmagadas em conjunto com quantidades intensas de energia, rompendo-as”, explicou o professor Dani.
“Medindo as trajetórias das partículas internas menores produzidas na colisão, os cientistas podem começar a reconstituir juntos a estrutura interna das partículas intactas originais”, completou o especialista. “Aqui, estamos fazendo algo semelhante, usando fótons de luz ultravioleta extrema para separar excítons e medindo as trajetórias dos elétrons para visualizar o que está dentro”.
Tais medições demoraram para ser realizadas e exigiram extremo cuidado, além de terem exigido um ambiente com baixa temperatura e baixa intensidade, para evitar o superaquecimento dos excítons. Por conta disso, foram necessários alguns dias para a obtenção de uma única imagem.
Com informações do Phys.org
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