p Em um material feito de duas finas camadas de cristal que são ligeiramente torcidas uma em relação à outra, pesquisadores da ETH estudaram o comportamento de elétrons em forte interação. Fazendo isso, eles encontraram uma série de propriedades surpreendentes. p Muitas tecnologias modernas são baseadas em materiais especiais, como os semicondutores que são importantes para computadores, dentro do qual os elétrons podem se mover mais ou menos livremente. Exatamente o quão livres esses elétrons são é determinado por suas propriedades quânticas e pela estrutura cristalina do material. Na maioria das vezes, eles se movem independentemente um do outro. Sob certas condições, Contudo, fortes interações entre os elétrons podem dar origem a fenômenos particulares. Supercondutores, em que os elétrons se emparelham para conduzir corrente elétrica sem resistência, são um exemplo bem conhecido.

p No Institute for Quantum Electronics em Zurique, O professor da ETH, Ataç Imamoğlu, investiga materiais com elétrons em forte interação. Ele quer entender melhor o comportamento dos elétrons nesses materiais e procura propriedades inesperadas que podem ser interessantes para aplicações futuras. Em um material "torcido", ele e seus colaboradores já fizeram algumas descobertas surpreendentes sobre o comportamento dos elétrons, como relatam na revista científica Natureza .

p Padrão moiré em cristal

p Para criar fortes interações entre os elétrons de forma controlada, O grupo de pesquisa de Imamoğlu usou fatias finas feitas de camadas de um cristal de disseleneto de molibdênio com apenas um átomo de espessura. Essas fatias também são conhecidas como materiais bidimensionais, uma vez que os elétrons nelas só podem se mover livremente em um plano. Esse recurso por si só já traz uma série de propriedades surpreendentes, como as observadas no grafeno, que também pertence à classe dos materiais bidimensionais.

p As coisas ficam ainda mais interessantes, Contudo, quando duas dessas fatias são colocadas uma sobre a outra com suas direções de cristal ligeiramente torcidas. Isso leva a um efeito conhecido da televisão:se alguém está usando uma gravata ou vestido feito de tecido xadrez ou listrado, padrões estranhos às vezes aparecem na tela. Eles também são conhecidos como padrões moiré.

p Algo semelhante acontece com os materiais de Imamoğlu. A torção entre as duas fatias cria uma espécie de estrutura de cristal moiré que equivale a um cristal fictício com átomos que estão mais distantes do que o normal. Esse cristal tem uma influência muito mais fraca no movimento dos elétrons, o que significa que as interações entre os elétrons se tornam mais importantes em comparação.

p Propriedades surpreendentes

p "Pensar 'mais é melhor, 'além disso, inserimos uma camada fina de um material diferente entre as fatias de disseleneto de molibdênio, "diz Yuya Shimazaki, líder de pós-doutorado no grupo de Imamoğlu. Essa fatia de nitreto de boro garante que, embora as duas fatias torcidas sejam muito próximas uma da outra, os elétrons não podem fazer um túnel para frente e para trás entre eles. Ao aplicar uma voltagem elétrica ao material, pode-se controlar exatamente quantos elétrons estão presentes nele. Finalmente, para descobrir como os elétrons se movem dentro deste material sanduíche, os pesquisadores o iluminaram com luz laser, excitando assim os elétrons.

p “Nosso material nos permite estudar os elétrons com meios ópticos, "Imamoğlu explica." Essa é uma grande vantagem sobre outros materiais 2-D, como o grafeno. "A partir dos sinais de luz emitidos pelos elétrons excitados, muitas propriedades desconcertantes dos elétrons podem ser deduzidas. O que mais surpreendeu os físicos foi o comportamento de seu material quando continha tantos elétrons quanto os locais da rede nos padrões moiré das duas fatias.

p Nesse caso, os chamados estados isolantes de Mott, em que exatamente um elétron ocupa um sítio de rede, apareceu em ambas as fatias. Esse estado era bastante peculiar, pois os estados isolantes de Mott se estabilizaram, de forma que mesmo campos elétricos externos fortes não pudessem movê-los e, portanto, nenhuma corrente fluía. "Essa é a primeira vez que tal comportamento foi observado, "diz Imamoğlu.

p Material ideal para investigações futuras

p O novo material abre caminho para uma série de investigações empolgantes. É ideal para experimentos controlados com elétrons de forte interação. Os pesquisadores podem alterar as propriedades do material e a força das interações por meio da camada de nitreto de boro e do ângulo entre as fatias de disseleneto de molibdênio. Isso permite que eles estudem processos físicos complexos que são difíceis de realizar em outros materiais.