Pela primeira vez, físicos observam um plasmon 'demônio' em um material exótico: WebCuriosos
Físicos que estudam um material exótico se depararam com um importante fenômeno quântico previsto há décadas.
Chama-se Demônio de Pines, previsto em 1956 pelo falecido físico David Pinheirose sua descoberta em um material chamado rutenato de estrôncio (Sr.2RuO4) marca a primeira vez que foi identificado em um metal 3D em equilíbrio.
Como se prevê que o Demônio de Pines desempenhe um papel importante em uma ampla gama de fenômenos, como transições em tipos específicos de semimetais e supercondutividade, o trabalho tem implicações importantes para a física dos materiais.
“Encontramos esta coisa por acidente”, disse o físico Peter Abbamonte, da Universidade de Illinois, numa palestra descrevendo a descoberta.
“Vimos essa excitação em 2018, demoramos um pouco para descobrir o que era e acabou sendo esse modo demoníaco.”
Geralmente na ciência, um “demônio“é um oponente hipotético contra o qual cientistas e filósofos podem argumentar em um experimento mental, mas o Demônio de Pines é bem diferente.
Na verdade, é um tipo de plasmon – uma unidade discreta de ondas que ondula através de uma população de elétrons. Plasmons foram descritos como o análogo quântico de um som acústico em um gás clássico.
Pines chamou este plasmon de “demônio” em homenagem a James Clerk Maxwell, que concebeu O Demônio de Maxwelle porque é um movimento de elétrons distinto, ou DEM
Quando uma onda sonora percorre um conjunto de partículas, ela lentamente se acalma à medida que o movimento pára. Contudo, como os “sons” quânticos, um plasmon é tudo ou nada. Uma quantidade muito específica de energia é necessária para cada aumento de frequência.
O demônio de Pines é uma frequência plasmônica sem custo de carga elétrica. Eles ocorrem quando elétrons em um material que possuem diferentes faixas de energia, ou bandassaia de fase.
Não há transferência de energia, mas há uma mudança na ocupação das bandas. Um “demônio” é um modo coletivo neutro que foi amortecido, ou rastreadopor outra banda de elétrons.
Os plasmons foram visto e amplamente estudado em metais 2D, mas como são eletricamente neutros e não se acoplam à luz, são difíceis de detectar. Isso nos leva ao rutenato de estrôncio.
Em baixas temperaturas, o material atua como supercondutor. Em temperaturas mais altas, fica um pouco estranho e se transforma no que é conhecido como metal ruimaquele cujas propriedades não se comportam necessariamente da maneira que esperamos.
De acordo com uma equipe liderada pelo físico Ali Husain, ex-integrante da Universidade de Illinois, nos EUA, e agora na Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá, também é um excelente candidato para a identificação de demônios – com três bandas de elétrons aninhadas, duas das quais que contrastam de forma semelhante com a conceituação original do demônio de 1956.
Husain estava estudando rutenato de estrôncio com espectroscopia eletrônica quando encontrou algo nos dados que parecia uma quasipartícula – isto é, uma excitação coletiva que se comporta como uma partícula.
Existem algumas quasipartículas conhecidas, mas o que os pesquisadores descobriram não corresponde a nenhuma delas. Sua velocidade era rápida demais para ser um fônon acústico; e muito lento para ser um plasmon de superfície.
A análise de acompanhamento mostrou que o candidato mais provável era um demônio; e a equipe conseguiu até replicar a detecção. E um estudo de algumas de suas propriedades levantou algumas questões.
O efeito de amortecimento foi menor do que o esperado, por exemplo, e houve curiosas lacunas nas diferentes bandas de elétrons.
No momento, é basicamente aí que está a pesquisa, mas certamente está pronta para acompanhamento, especialmente porque os demônios podem estar desempenhando um papel crucial na supercondutividade.
Os pesquisadores acreditam que outros metais multibandas podem ser bons lugares para estudá-los e observar como seu comportamento pode mudar em vários contextos, e que estudos de maior resolução podem ser possíveis com microscopia eletrônica de varredura.
Eles esperam que isso possa responder às suas novas questões e ajudar a conceber uma teoria mais completa e sofisticada dos demônios.
A pesquisa foi publicada em Natureza.
