Na aula de ciências do ensino médio, aprendemos que conectar um cabo a um circuito elétrico dispara um fluxo de elétrons, energizando tudo, desde nossas luzes até nossos telefones. Tradicionalmente, entendemos como os elétrons se comportam em metais e semicondutores por meio deste modelo simples: os elétrons são imaginados como partículas minúsculas e independentes, muito parecidas com carros em uma rodovia aberta — cada um se movendo livremente, sem interagir muito com os outros.

É uma perspectiva direta que tem sido a base da eletrônica por muitos anos, ajudando-nos a entender e projetar os dispositivos eletrônicos que sustentam grande parte da vida moderna.

No entanto, essa visão tradicional fica aquém no caso de alguns materiais quânticos emergentes, como o grafeno, um material ultrafino e altamente condutor. Nesses materiais, em vez de se comportarem como carros individuais em uma rodovia, os elétrons agem juntos de uma forma que se assemelha a um fluido viscoso, como o óleo. Essa descoberta pode ser transformadora para o desenvolvimento futuro de uma ampla gama de tecnologias.

O professor assistente Denis Bandurin e sua equipe, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Faculdade de Design e Engenharia da Universidade Nacional de Cingapura, estão explorando como materiais quânticos interagem com radiação eletromagnética na nanoescala para descobrir novos fenômenos científicos e seu uso potencial no desenvolvimento de tecnologias futuras.

Em um estudo recente, publicado na Nature Nanotechnology , a equipe relatou que quando o grafeno é exposto à radiação eletromagnética de frequências terahertz, o fluido de elétrons se aquece e sua viscosidade é drasticamente reduzida, resultando em menor resistência elétrica — muito parecido com a forma como óleo, mel e outros fluidos viscosos fluem mais facilmente quando aquecidos em um fogão.

Ondas de terahertz (THz) são uma parte especial e tecnologicamente desafiadora do espectro eletromagnético — situada entre micro-ondas e luz infravermelha — que tem uma vasta gama de aplicações potenciais. Ser capaz de detectar ondas de THz pode desbloquear grandes avanços em tecnologias.

Em comunicações, por exemplo, a tecnologia Wi-Fi atual opera em vários GHz, limitando a quantidade de dados que podem ser transmitidos. A radiação THz, com sua frequência muito mais alta, pode servir como a "frequência portadora" para redes ultrarrápidas, além do 5G, permitindo transferência de dados mais rápida para dispositivos conectados à Internet das Coisas (IoT), carros autônomos e inúmeras outras aplicações.

Em imagens médicas e controle de qualidade industrial, as ondas THz podem penetrar muitos materiais, tornando-as úteis para varreduras não invasivas. Elas também são mais seguras do que raios X, fornecendo uma ferramenta de imagem altamente seletiva e precisa.

Indo mais longe, a visão THz permite a astronomia observacional, permitindo que os cientistas observem galáxias distantes e exoplanetas que não podem ser vistos pela luz visível.

A radiação THz, portanto, oferece um enorme potencial. No entanto, até recentemente, detectá-la tem sido um desafio significativo. As ondas THz são muito rápidas para chips semicondutores tradicionais lidarem e muito lentas para dispositivos optoeletrônicos convencionais.

O estudo da equipe da NUS mostrou que, ao aproveitar o efeito de redução da viscosidade, os cientistas podem criar dispositivos inovadores que podem detectar ondas THz ao sentir as mudanças na resistência elétrica. De fato, no estudo atual, o professor assistente Bandurin e sua equipe desenvolveram uma nova classe de dispositivo eletrônico chamado bolômetro de elétrons viscosos.

Representando a primeira aplicação prática e real da eletrônica viscosa — um conceito que antes era considerado puramente teórico — esses bolômetros são capazes de detectar mudanças na resistência de forma extremamente precisa e rápida, operando, em princípio, na escala de picosegundos. Em outras palavras, trilionésimos de segundo.

Entender e explorar a maneira como os elétrons se movem juntos como um fluido coletivo abre caminho para repensarmos completamente o design de dispositivos eletrônicos. Com isso em mente, o Professor Assistente Bandurin e sua equipe estão trabalhando ativamente na otimização desses bolômetros de elétrons viscosos para aplicações práticas.

À medida que os cientistas descobrem mais segredos no mundo emergente dos materiais quânticos, fica claro que os modelos tradicionais de comportamento dos elétrons não são mais suficientes. Ao abraçar essa nova compreensão da eletrônica viscosa, podemos estar à beira de desbloquear uma nova onda de possibilidades tecnológicas.