O comportamento indescritível dos elétrons foi finalmente isolado da atividade eletrônica comum em um material do mundo real.
Uma equipe de físicos liderada por Ryohei Oka, da Universidade Ehime, mediu o que é conhecido como elétrons de Dirac em um polímero supercondutor chamado dietilenoditio-tetratiavulvalina. São elétrons que existem sob condições que os tornam sem massa, permitindo que se comportem como fótons e oscilem à velocidade da luz.
Os pesquisadores afirmam que esta descoberta permitirá uma melhor compreensão dos materiais topológicos, que são materiais quânticos que atuam como isolante eletrônico por dentro e condutor por fora.
Supercondutores, semicondutores e materiais topológicos são cada vez mais importantes, especialmente no que diz respeito às suas potenciais aplicações em computadores quânticos. Mas ainda não sabemos muito sobre esses materiais e como eles se comportam.
Os elétrons de Dirac referem-se a elétrons antigos comuns sob condições incomuns que requerem uma dose de relatividade especial para compreender os comportamentos quânticos. Aqui, a interferência dos átomos coloca alguns de seus elétrons em um espaço estranho que lhes permite saltar em torno de materiais com excelente eficiência energética.
Elas foram formuladas a partir das equações do físico teórico Paul Dirac há quase um século, e agora sabemos que elas existem – elas existiam. Detectado em grafenoAo lado Outros materiais topológicos.
No entanto, para explorar o potencial dos eletrões de Dirac, precisamos de os compreender melhor, e é aqui que os físicos enfrentam um obstáculo. Os elétrons de Dirac coexistem com os elétrons padrão, o que significa que detectar e medir uma única espécie de forma inequívoca é extremamente difícil.
Oka e seus colegas encontraram uma maneira de fazer isso aproveitando uma propriedade chamada ressonância de spin do elétron. Os elétrons são partículas carregadas que giram; Esta distribuição periódica de carga significa que cada um exibe uma Dipolo magnético. Portanto, quando um campo magnético é aplicado a um material, ele pode interagir com o spin de quaisquer elétrons desemparelhados nele, alterando seu estado de spin.
Esta tecnologia poderia permitir aos físicos detectar e monitorar Elétrons desemparelhados. Como Oka e outros pesquisadores descobriram, ele também pode ser usado para observar diretamente o comportamento dos elétrons de Dirac na di(etilenoditio)-tetravalina, distinguindo-os dos elétrons padrão como diferentes sistemas de spin.
A equipe descobriu que, para ser totalmente compreendido, o elétron de Dirac deve ser descrito em quatro dimensões. Existem três dimensões espaciais padrão, nomeadamente os eixos x, y e z; Depois, há o nível de energia do elétron, que constitui a quarta dimensão.
“Como as estruturas de domínio 3D não podem ser visualizadas no espaço 4D,” Os pesquisadores explicam em seu artigo“, “O método de análise proposto aqui fornece uma maneira geral de fornecer informações importantes e fáceis de entender sobre estruturas de bandas que não podem ser obtidas de outra forma.”
Ao analisar o elétron de Dirac com base nessas dimensões, os pesquisadores conseguiram descobrir algo que não sabíamos antes. A velocidade de seu movimento não é constante; Pelo contrário, depende da temperatura e do ângulo do campo magnético dentro do material.
Isto significa que agora temos outra peça do puzzle que nos ajuda a compreender o comportamento dos electrões de Dirac, o que pode ajudar a aproveitar as suas propriedades em tecnologias futuras.
A pesquisa da equipe foi publicada em Forneça materiais.