Elétrons presos em cristal 3D por físicos do MIT revelam possibilidades de supercondutores!
No início do mês, alguns físicos do MIT, o Massachusetts Institute of Technology, publicaram na Nature o estudo “Three-dimensional flat bands in pyrochlore metal CaNi2” onde ilustraram o método e as intuições que os levaram a aprisionar alguns electrões dentro de um cristal tridimensional puro.
O resultado já seria extraordinário, mas o novo estado em que se encontravam as partículas negativas e sempre em movimento, revelou o seu comportamento completamente desconhecido: o grupo de investigação, liderado por Joseph Checkelsky, professor associado de física e primeiro autor do estudo, observaram como, uma vez presos, os elétrons se estabilizam exatamente no mesmo estado de energia e começam a se comportar como se fossem “apenas uma coisa”.
Esse estado coletivo, que o grupo definiu como “zumbi”, é o que na física é conhecido como “banda eletrônica plana” e, segundo os acadêmicos, poderia fazer com que os elétrons “começassem a sentir os efeitos quânticos de outros elétrons e a agir de maneiras quânticas coordenadas”.
Através de algumas manipulações químicas, os pesquisadores também demonstraram que poderiam transformar o cristal em um supercondutor, ou seja, em um material que conduz eletricidade com resistência zero.
A equipe revisitou um estudo de 2018 (“Físicos descobrem novo material eletrônico quântico”, publicado por sua vez na Nature), já baseado no uso do kagome, ou motivo de tecelagem usado na arte japonesa para criar cestos.
Graças a esta geometria específica, os investigadores conseguiram dar um avanço notável em relação ao estudo anterior, onde o kagome tinha sido utilizado em estruturas 2D e no qual, foi visto, os electrões conseguiram “escapar” entre as duas dimensões. , saltando entre átomos.
Ao conduzir uma investigação sobre as deficiências desta abordagem, os estudiosos exploraram vários repositórios de informações estruturais, descobrindo, em última análise, dentro de um arranjo específico de átomos, categorizado como pirocloro-um tipo de mineral caracterizado por sua estrutura atômica simétrica, um candidato promissor para alcançar altas temperaturas térmicas. condutividade.
Ao examinar o arranjo tridimensional dos átomos de pirocloro, os pesquisadores discerniram um padrão recorrente de unidades cúbicas, com cada face incorporando elementos que lembram a rede Kagome. Esta observação inspirou a hipótese (em última análise, validada através da experimentação) de que tal configuração geométrica tinha o potencial de confinar elétrons dentro de sua estrutura.
A “gaiola” tridimensional na qual os elétrons ficam confinados é um conceito desenvolvido por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Esta abordagem inovadora foi creditada pelo seu papel na captura e contenção dos elétrons dentro da gaiola.
Os resultados obtidos neste último estudo fornecerão aos cientistas novos caminhos para explorar estados eletrônicos raros em materiais tridimensionais. A previsão é que amanhã esses materiais serão usados em linhas de energia ultraeficientes, supercomputação de bits quânticos e dispositivos eletrônicos mais rápidos e inteligentes.
“Agora que sabemos que podemos criar uma banda plana a partir desta geometria, temos grande motivação para estudar outras estruturas que possam ter uma nova física, útil para se tornar a plataforma ideal para novas tecnologias”, disse Checkelsky.
*️⃣ Link da fonte:
“Bandas planas tridimensionais em metal pirocloro CaNi2” , “Físicos descobrem novo material eletrônico quântico”, MIT,