Tecnologia Científica

Os pesquisadores adaptam a interação dos elétrons em um sólido atomicamente fino
Físicos em Regensburg e Marburg adaptaram a interação mútua de elétrons em um sólido atomicamente fino, simplesmente cobrindo-o com um cristal com dinâmica de rede escolhida a dedo.
Por Universidade de Regensburg - 19/03/2021


Pixabay

Físicos em Regensburg e Marburg adaptaram a interação mútua de elétrons em um sólido atomicamente fino, simplesmente cobrindo-o com um cristal com dinâmica de rede escolhida a dedo.

Em um centímetro cúbico de um sólido, existem normalmente 10 23 elétrons. Nesse sistema massivo de muitos corpos, a interação par-elétron-elétron aparentemente simples pode causar correlações extremamente complexas e comportamento exótico, como a supercondutividade. Este fenômeno quântico transforma um sólido em um condutor perfeito, que carrega correntes elétricas sem dissipação. Normalmente, esse comportamento é uma característica normal de sólidos específicos. No entanto, a descoberta de materiais em camadas atomicamente finas, como o grafeno - uma monocamada de grafite - ou dichalcogenetos de metal de transição (TMDCs), abriu um novo laboratório criativo para adaptar as interações elétron-elétron e as transições de fase de forma. Por exemplo, empilhando camadas de grafenosob ângulos específicos, o comportamento supercondutor pode ser criado. No entanto, a teoria também previu que o acoplamento de elétrons com vibrações quantizadas da rede cristalina chamada fônons pode influenciar criticamente a maneira como os elétrons interagem uns com os outros.

Físicos de Regensburg liderados por Rupert Huber em colaboração com o grupo de Ermin Malic na Philipps University em Marburg agora têm uma nova ideia para ajustar a interação entre elétrons por acoplamento às vibrações da rede de cristal polar de uma camada vizinha. Esse cenário pode ser realizado simplesmente cobrindo as monocamadas de TMDC com uma camada de cobertura de gesso, um material comumente usado em moldes de gesso.

Para medir a força de acoplamento entre elétrons e fônons, os físicos primeiro excitaram os elétrons na monocamada semicondutora de TMDC com um pulso de laser ultracurto, deixando buracos correspondentes em seus locais originais. Elétrons e buracos carregam cargas opostas e, portanto, estão ligados uns aos outros por sua atração de Coulomb - assim como os elétrons são ligados ao núcleo no átomo de hidrogênio - formando os chamados excitons. Ao observar sua estrutura de energia semelhante a um átomo com subsequente pulso de luz ultracurto no infravermelho, é possível calibrar a interação entre as duas partículas.

A descoberta surpreendente foi que, uma vez que as camadas do TMDC foram cobertas com uma fina capa de gesso, a estrutura dos excitons foi substancialmente modificada. "A mera proximidade espacial da camada de gesso é suficiente para acoplar fortemente a estrutura interna dos excitons às vibrações da rede polar do gesso", disse Philipp Merkl, o primeiro autor do estudo.

Embora esse mecanismo de acoplamento conecte elétrons e fônons em diferentes camadas atomicamente finas, eles interagem tão fortemente que essencialmente se fundem em novas partículas mistas. Assim que os pesquisadores descobriram, eles começaram a brincar com este novo efeito quântico: ao colocar uma terceira camada atomicamente fina essencialmente inerte como um espaçador entre o TMDC e o gesso, eles conseguiram ajustar a distância espacial entre os elétrons e os fônons com precisão atômica .

"Essa estratégia nos permitiu ajustar a força de acoplamento com uma precisão ainda maior", acrescenta o autor correspondente, Dr. Chaw-Keong Yong. "Essas descobertas podem abrir novos caminhos para ajustar correlações eletrônicas em materiais bidimensionais. No futuro, isso pode permitir transições de fase feitas pelo homem em heteroestruturas empilhadas artificialmente e novas propriedades quânticas físicas, que podem encontrar aplicações em eletrônica prospectiva sem perdas e informações quânticas dispositivos."

 

.
.

Leia mais a seguir