Elétrons rastejam em desaceleração quântica: descoberta de físicos de Chicago muda a compreensão dos materiais magnéticos

Editado por: Svitlana Velhush

No laboratório da Universidade de Chicago, cientistas descobriram um comportamento inesperado dos elétrons em um material magnético em camadas, o Fe₅GeTe₂: milhões de partículas se movem juntas de forma extremamente lenta, mas ao mesmo tempo mantêm a coerência quântica. Esse fenômeno contradiz os modelos teóricos existentes e abre caminho para novos tipos de dispositivos de memória.

O material Fe₅GeTe₂ pertence à família dos ímãs de van der Waals, que podem ser obtidos na forma de camadas atomicamente finas. Os pesquisadores, sob a liderança do professor Shuolong Yang, utilizaram o método de espectroscopia de fotoelétrons com resolução angular. Eles irradiaram a amostra com um laser ultravioleta em uma área de apenas 10 micrômetros e observaram uma zona eletrônica plana — sinal de que os elétrons quase não se aceleram ao se moverem através do material.

Em condições normais, os elétrons em um condutor se comportam como a água que despenca rapidamente de uma encosta íngreme. Aqui, porém, a encosta é quase horizontal: as partículas se deslocam milhares de vezes mais devagar, mas agem de forma coordenada, como um único conjunto quântico. «Não medimos um único elétron, mas a interação de milhares ou milhões, e todos eles se movem coerentemente», explica Yang.

Esse comportamento se mantém até a temperatura de 100 kelvins acima do zero absoluto — um índice relativamente alto para efeitos quânticos. Isso torna o material promissor para aplicações práticas, embora ainda esteja longe da temperatura ambiente. Os cientistas já verificam a possibilidade de alternar estados com o auxílio de um laser, o que poderia se tornar a base para uma memória não volátil de nova geração.

A descoberta obriga a rever as concepções sobre as interações magnéticas dentro do Fe₅GeTe₂. Os teóricos agora devem descrever novamente como está estruturada a estrutura magnética dessa substância. Ao mesmo tempo, os experimentalistas planejam verificar as propriedades em uma camada monoatômica — precisamente nessa forma o material pode encontrar aplicação em futuros dispositivos quânticos.

O trabalho é dedicado à memória do eminente teórico Peter Littlewood, que deu uma grande contribuição às pesquisas sobre materiais quânticos. Seus resultados foram publicados na Science Advances e já despertaram o interesse de especialistas em ímãs bidimensionais.

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Fontes

  • Electrons slow to a crawl in a strange new quantum state

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