Um físico da Universidade do Texas em Arlington descobriu como os cristais feitos de elétrons derretem quando submetidos ao calor, uma descoberta que pode abrir caminho para dispositivos eletrônicos mais eficientes.
Aleksey Kolmogorov descobriu através de simulações computacionais um mecanismo fundamental pelo qual um cristal de elétrons se transforma em líquido à medida que a temperatura aumenta. Os elétrons podem cristalizar se sua energia cinética – energia relacionada ao movimento – em baixa temperatura se tornar consideravelmente menor que sua energia potencial de interação, o que pode formar uma estrutura sólida bem ordenada. A fusão ocorre à medida que a temperatura aumenta e a energia cinética dos elétrons excede a energia de ligação que mantém a estrutura unida.
O derretimento de cristais atômicos foi extensivamente estudado ao longo de mais de cem anos, tanto por meio de física teórica quanto de experimentos físicos. Por outro lado, a pesquisa em física de sistemas eletrônicos há muito desconsidera a cristalização eletrônica:os cientistas acreditam que é uma teoria acadêmica pura que é impossível de ser realizada em dispositivos realistas devido às escalas características muito pequenas de tais fenômenos. Em particular, um gás de elétrons confinado a baixas temperaturas em sistemas nanoeletrônicos semicondutores, como pontos quânticos, pode formar cristais de elétrons regulares se interagir suficientemente consigo mesmo em virtude da lei da eletrostática de Coulomb. Não foi até que pesquisadores liderados pelo professor de física da UT Arlington, Andrei Manolescu, observaram e visualizaram a formação de cristais eletrônicos em gotículas quânticas, que são objetos em nanoescala em semicondutores em baixas temperaturas, que o interesse da pesquisa se voltou para abordar a física básica de como os elétrons sólidos, análogo aos átomos regulares que formam cristais de diamante ou silício que podem suportar altas temperaturas, comportam-se sob aquecimento.
Kolmogorov, professor associado do Departamento de Física da UTA, liderou extensas simulações computacionais de fusão desses nanocristais, desenvolvendo metodologias de simulação avançadas que combinaram simulações quânticas com métodos de dinâmica molecular que descrevem movimentos de muitas partículas clássicas em interação de várias escalas físicas. Esses cálculos híbridos quânticos-clássicos foram implementados em supercomputadores paralelos usando técnicas de ponta de computação de alto desempenho. Eles revelaram cenários de fusão notáveis, únicos para cristais eletrônicos quânticos, devido a fortes efeitos da mecânica quântica em nanoescalas. Pela primeira vez, Kolmogorov determinou que, em vez de se transformarem de um arranjo cristalino tridimensional convencional de "átomos" eletrônicos diretamente em um líquido eletrônico caótico e homogêneo à medida que o cristal era aquecido, eles passavam por rearranjos intermediários em ordem incomum, parcialmente amorfa e quase- fases cristalinas com características coexistentes de sólido e líquido, antes de derreter até se tornar um líquido completo quando a temperatura sobe ainda mais.
