Cientistas descobrem um material estranho feito de partículas subatômicas: WebCuriosos
Os cientistas estão sempre à procura do próximo material estranho e maravilhoso, e acabaram de o encontrar: um isolante bosónico correlacionado, para lhe dar o seu nome técnico, que é ao mesmo tempo um material novo e, na verdade, um estado totalmente novo da matéria.
É uma rede formada por uma camada de disseleneto de tungstênio e uma camada de dissulfetos de tungstênio colocados uns sobre os outros, mas não totalmente alinhados.
Esse ligeiro desalinhamento cria o que é conhecido como padrão moirée aqui revelou algumas propriedades interessantes.
Para entender o que há de especial no material, você precisa entender o que são bósons e férmions. No nível quântico, as partículas são agrupadas em dois tipos principais: bósons (portadores de força como os fótons), que podem compartilhar o mesmo estado quântico, e férmions (partículas de matéria como os elétrons), que não podem. Normalmente, os férmions são mais fáceis de trabalhar.
“Convencionalmente, as pessoas gastam a maior parte de seus esforços para entender o que acontece quando você junta muitos férmions”, diz o físico de matéria condensada Chenhao Jin, da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara (UCSB).
“O principal objetivo do nosso trabalho é que basicamente criamos um novo material a partir da interação de bósons.”
Os férmions também têm spins quânticos meio inteiros (por exemplo, ½, 3/2, 5/2), ao contrário dos spins inteiros completos (qualquer número inteiro) dos bósons, e é aqui que as coisas ficam ainda mais interessantes.
Dois férmions – um elétron com carga negativa e um “buraco” oposto com carga positiva onde um elétron poderia estar – também podem se ligar para formar um exciton com spin inteiro completo, que então também é capaz de funcionar como uma partícula de bóson.
Usando uma técnica baseada em luz chamada espectroscopia de bomba-sonda, os pesquisadores criaram e investigaram o comportamento dos excitons em seu sistema – os elétrons do dissulfeto de tungstênio e os “buracos” do disseleneto de tungstênio.
Os cientistas observaram os excitons atingindo uma certa densidade, impulsionados por fortes interações, e tornando-se incapazes de se mover. Essa imobilidade levou a um estado cristalino que atuou como isolante, um material específico e um estado nunca visto antes.
“O que aconteceu aqui é que descobrimos a correlação que levou os bósons a um estado altamente ordenado”, diz físico Richen Xiong, da UCSB
A equipa pensa que a sua abordagem poderá levar à descoberta de mais materiais bosónicos no futuro, e a uma forma melhorada de todos os cientistas estudarem bósons em cenários reais, em vez de em sistemas sintéticos.
Se um material recém-descoberto não encontrar um uso prático e instantâneo, você pode pensar que não é tão importante – mas essas novas criações exóticas ajudam os cientistas a entender como o Universo que nos rodeia é formado.
Embora os excitons tenham sido bem estudados no passado, o que é digno de nota aqui são as fortes reações que tiveram entre si e as propriedades resultantes – criadas pela rede de padrão moiré e pela espectroscopia de sonda de bomba.
“Sabemos que alguns materiais têm propriedades muito bizarras”, diz Xiong. “E um dos objetivos da física da matéria condensada é entender por que eles têm essas propriedades ricas e encontrar maneiras de fazer com que esses comportamentos sejam mais confiáveis.”
A pesquisa foi publicada em Ciência.