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Existência do cristal de elétrons "congelados" é comprovada com imagem incrível

·2 minuto de leitura

Físicos conseguiram a primeira imagem que prova, por definitivo, a existência de um material chamado cristal Wigner. Não é a primeira vez que uma pesquisa conseguiu criar essa matéria excêntrica, mas é a melhor evidência visual de que ele pode ser produzido.

Um cristal Wigner é a fase sólida dos elétrons, prevista por Eugene Wigner em 1934. Teoricamente, ele pode ser produzido com um gás de elétrons movendo-se em 2D ou 3D em um fundo uniforme, inerte e neutralizante. Com isso, os elétrons devem se cristalizar e formar uma rede, caso a densidade desse gás for menor que um valor crítico. Isso pode ser feito aplicando ao gás um campo magnético forte o suficiente, por exemplo.

Outros experimentos anteriores já haviam produzido os elétrons cristalizados, e suas características já foram estudadas, mas ainda faltava uma visão direta deste "gelo de elétrons". A imagem mostra elétrons espremidos em um padrão repetitivo e apertado, que lembra um favo de mel, ou mesmo as imagens criadas em um caleidoscópio. Claro, esta imagem não é uma fotografia direta, mas um mapeamento por tunelamento quântico.

Para produzir o cristal Wigner, é necessário desacelerar o movimento insano dos elétrons, o que significa reduzir a temperatura do material. Com isso, eles se restringem a oscilar bem vagamente em uma área e as forças de repulsão se tornam maiores que o potencial de movimento das partículas — elétrons costumam se mover tão rápido que mal interagem entre si. Por causa dessa repulsão, eles se organizam nesses padrões geométricos repetitivos.

(Imagem: Reprodução/H. Li/Nature)
(Imagem: Reprodução/H. Li/Nature)

Neste experimento, os cientistas aprisionaram elétrons na lacuna existente entre as camadas de átomos de dois semicondutores: dissulfeto de tungstênio e disseleneto de tungstênio. Então, eles aplicaram um campo elétrico através da lacuna para remover qualquer excesso de elétrons e resfriaram tudo até chegar a apenas 5 graus acima do zero absoluto. Isso foi o suficiente para reduzir a velocidade das partículas e produzir o cristal Wigner.

Então, para criar a imagem, os pesquisadores usaram um microscópio de tunelamento de varredura (STM) para fazer o mapeamento tridimensional do material. Essa não foi uma etapa muito simples, pois a corrente fornecida pelo STM era muito alta para o gelo de elétrons. Para impedir que ele "derretesse", os pesquisadores inseriram uma camada de átomos de grafeno logo acima do cristal Wigner, para protegê-lo.

A estratégia funcionou e os cientistas conseguiram usar o STM para mapear o cristal, com o grafeno funcionando mais ou menos como o vidro de uma fotocopiadora. Assim, foi obtido o primeiro "instantâneo" do cristal Wigner, provando sua existência sem deixar nenhuma dúvida. O resultado foi publicado em um artigo na revista Nature.

Fonte: Canaltech

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