Descoberta quasipartícula unida por uma força inesperadamente forte

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/01/2022

Impressão artística de elétrons localizados nos orbitais d interagindo fortemente com ondas de vibração da rede cristalina (fônons). A estrutura lobular representa a nuvem eletrônica de íons de níquel no NiPS3. As ondas que emanam da estrutura orbital representam oscilações de fônons. As listras vermelhas brilhantes indicam a formação de um estado ligado entre os elétrons e as vibrações da rede.
[Imagem: Emre Ergecen]

Elétron-fônon

Físicos descobriram uma quasipartícula híbrida, formada por um elétron e um fônon, com uma característica inesperada.

O fônon é ele próprio uma quasipartícula - ou uma excitação coletiva - correspondente à vibração dos átomos do material - são os fônons que carreiam a energia do calor e do som, por exemplo.

A maior surpresa veio quando Emre Ergeçen e seus colegas do MIT mediram a força que une o elétron e o fônon: Eles descobriram que a "cola" - ou ligação - que os une é 10 vezes mais forte do que qualquer outro híbrido elétron-fônon conhecido até hoje.

Essa ligação excepcional da quasipartícula sugere que seu elétron e seu fônon podem ser ajustados em conjunto: Qualquer mudança no elétron deve afetar o fônon e vice-versa.

E isso tem grande interesse tecnológico.

Em princípio, uma excitação eletrônica, como uma tensão elétrica ou a luz, aplicada à quasipartícula híbrida deve estimular o elétron, como faria normalmente, mas também deve afetar o fônon, a vibração do material, que influencia as propriedades estruturais ou magnéticas desse material.

Esse controle duplo pode permitir aplicar tensão ou luz a um material para ajustar não apenas suas propriedades elétricas, mas também seu magnetismo.

A expectativa é que essa quasipartícula superforte permita manipular o magnetismo do material 2D usando luz.
[Imagem: Emre Ergeçen et al. - 10.1038/s41467-021-27741-3]

Uso tecnológico

Outro detalhe importante é que a nova quasipartícula híbrida foi detectada no trissulfeto de fósforo-níquel (NiPS₃), um material bidimensional - com apenas uma camada atômica de espessura - que tem atraído o interesse dos pesquisadores por suas propriedades magnéticas.

Se essas propriedades puderem ser manipuladas - através das partículas híbridas recém-detectadas, eventualmente - este material poderá funcionar como um novo tipo de semicondutor magnético, o que significaria circuitos eletrônicos menores, mais rápidos e com maior eficiência energética, além de tipos de circuitos completamente novos.

"Imagine se pudermos estimular um elétron e fazer com que o magnetismo responda. Então você poderia fazer dispositivos muito diferentes de como eles funcionam hoje," disse o professor Nuh Gedik.

Antes disso, porém, a equipe irá se debruçar sobre a incrível "cola" que une as duas partículas, para tentar descobrir de onde elas tiram essa força de coesão.

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