Quantum 'Tornados' manchado em semimetal pode redefinir a Electronics: WebCuriosos
Os físicos na Alemanha lideraram experimentos que mostram a inércia dos elétrons podem formar 'tornados' dentro de um semimetal quântico.
É quase impossível para os elétrons ficarem parados, e seus movimentos podem assumir algumas formas bizarras. Caso em questão: uma análise do comportamento de elétrons em um material quântico chamado Tantalum Arsenide revela vórtices.
Mas a história fica mais estranha. Esses elétrons não estão em espiral em um lugar físico – eles estão fazendo isso em um borrão quântico de possibilidade chamado espaço de momento. Em vez de desenhar um mapa de partículas em potencial locais, ou espaço de posição, o espaço do momento descreve seu movimento através de sua energia e direção.
Vórtices semelhantes têm foi observado anteriormente no espaço de posição. Medindo os valores do momento dos elétrons e plotando-os em um gráfico tridimensional, um padrão de vórtice impressionante também surge lá.
A descoberta pode ajudar a pavimentar o caminho para uma forma completamente nova de eletrônica: um campo chamado 'orbitrônicos'Isso poderia explorar o poder de torção dos elétrons, em vez de sua carga elétrica para transportar informações em circuitos eletrônicos ou computadores quânticos.
A descoberta foi feita em um cristal semimetal intrigante chamado arseneto de tântalo. De uma maneira que não é surpreendente-foi nesse material que o Weyl Fermion há muito previsto foi encontrado pela primeira vez. Essa partícula sem massa funciona essencialmente como um elétron super eficiente, e sua descoberta exigia as propriedades quânticas especiais do arseneto de tântalo.
Essas propriedades tornaram o material a escolha perfeita para caçar tornados quânticos. O problema surgiu para descobrir como observá -los.
Cientistas de um centro de pesquisa chamado complexidade e topologia em Matéria Quântica (CT.QMAT) na Alemanha lideraram um estudo que conseguiu fazer com que a técnica chamada espectroscopia de fotoemissão resolvida em ângulo (ARPES) em uma amostra de arseneto de tântalo.
“O ARPES é uma ferramenta fundamental na física experimental de estado sólido. Envolve a luz de uma amostra de material, extrair elétrons e medir sua energia e ângulo de saída”. diz Maximilian ünzelmannfísico experimental da Universidade de Würzburg.
“Isso nos dá uma olhada direta na estrutura eletrônica de um material em espaço de momento. Ao adaptar inteligentemente esse método, conseguimos medir o momento angular orbital”.
Cada observação, no entanto, apenas tira um instantâneo bidimensional dos elétrons no material. Para confirmar que os tornados quânticos se formam neste reino, a equipe teve que empilhar cada medição em um modelo 3D, como uma tomografia computadorizada. O resultado final é um modelo colorido que mostra uma estrutura de vórtice muito clara.
“Analisamos a camada de amostra por camada, semelhante a como a tomografia médica funciona”. diz ünzelmann. “Ao costurar imagens individuais, conseguimos reconstruir a estrutura tridimensional do momento angular orbital e confirmar que os elétrons formam vórtices no espaço de momento”.
A equipe diz que mais trabalhos podem levar não apenas a eletrônicos mais eficientes, mas a uma classe totalmente nova de dispositivos chamados orbitônicos. Isso também pode funcionar ao lado de outro sucessor potencial da tecnologia eletrônica – spintronics, que codifica informações no giro dos elétrons.
A pesquisa foi publicada na revista Revisão física x.
