Elétrons influentes? Físicos descobrem uma relação quântica

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Uma equipe de físicos mapeou como as energias eletrônicas variam de região para região em um estado quântico específico, com clareza sem precedentes. Esse entendimento revela um mecanismo subjacente pelo qual os elétrons se influenciam mutuamente, denominados "hibridização" quântica, que eram invisíveis em experimentos anteriores.

As descobertas, o trabalho de cientistas da Universidade de Nova York, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, da Universidade Rutgers e do MIT, são relatados na revista Nature Physics .

"Esse tipo de relacionamento é essencial para a compreensão de um sistema de elétrons quânticos - e a base de todo movimento -, mas muitas vezes foi estudado do ponto de vista teórico e não considerado observável através de experimentos", explica Andrew Wray, professor assistente de Departamento de Física da NYU e um dos co-autores do artigo. "Notavelmente, este trabalho revela uma diversidade de ambientes energéticos dentro do mesmo material, permitindo comparações que permitem identificar como os elétrons se deslocam entre os estados".

Os cientistas concentraram seu trabalho no seleneto de bismuto, ou Bi2Se3, um material que está sob intensa investigação na última década como base de informações avançadas e tecnologias de computação quântica. Pesquisas realizadas em 2008 e 2009 identificaram o seleneto de bismuto para hospedar um raro estado quântico de "isolador topológico" que altera a maneira como os elétrons em sua superfície interagem e armazenam informações.

Estudos desde então confirmaram várias idéias teoricamente inspiradas sobre elétrons de superfície isoladores topológicos. No entanto, como essas partículas estão na superfície de um material, são expostas a fatores ambientais não presentes na maior parte do material, fazendo com que se manifestem e se movam de maneiras diferentes de região para região.

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

A pesquisa da Nature Physics é um dos primeiros estudos a usar essa nova geração de ferramentas experimentais, denominada "espectromicroscopia" - e a primeira investigação espectromicroscópica do Bi2Se3. Este procedimento pode rastrear como o movimento dos elétrons da superfície difere de região para região dentro 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 1.000 regiões menores.

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

"Observar como os estados eletrônicos variam em conjunto entre si na superfície da amostra revela relações condicionais entre diferentes tipos de elétrons, e é realmente uma nova maneira de estudar um material", explica Erica Kotta, uma estudante de graduação da NYU e primeira autora de o papel. "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".

Fonte da história:

Materiais fornecidos pela New York University . Nota: O conteúdo pode ser editado por estilo e duração.

Referência da revista :

1. Erica Kotta, Lin Miao, Yishuai Xu, S. Alexander Breitweiser, Chris Jozwiak, Aaron Bostwick, Eli Rotenberg, Wenhan Zhang, Weida Wu, Takehito Suzuki, Joseph Checkelsky, L. Andrew Wray. Medição espectromicroscópica da interação da estrutura da banda superficial e de massa em um isolador topológico desordenado . Física da Natureza , 2020; DOI: 10.1038 / s41567-019-0759-2

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Universidade de Nova York. "Elétrons influentes? Físicos descobrem uma relação quântica." ScienceDaily. ScienceDaily, 13 de janeiro de 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200113111058.htm>.

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Fonte: Science Daily /  19/01/2020

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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

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