O gráfico de cores representa a corrente de elétrons conforme o campo magnético e a frequência das microondas são variados. A linha branca destaca a forte dependência da corrente na direção do campo magnético. Crédito:OIST
O movimento de milhares de elétrons é a base da eletrônica. Ainda, onipresentes como os elétrons são, as particularidades de seu comportamento continuam a confundir os físicos. Um fenômeno provou ser especialmente intrigante:como os elétrons se movem sob a influência de ondas eletromagnéticas polarizadas.
A polarização ocorre quando ondas como ondas eletromagnéticas ou de luz giram. Os campos eletromagnéticos chamados de microondas têm um campo elétrico giratório que gira no sentido horário ou anti-horário, e a maioria das teorias prevê que as microondas afetarão a rotação dos elétrons. E ainda, estudos experimentais mostraram que os elétrons parecem não ser afetados pela polarização de microondas. Esses resultados que desafiam a teoria há muito tempo deixam os físicos perplexos.
Um novo estudo realizado por pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação (OIST) de Okinawa pode explicar essa disparidade. No trabalho, os pesquisadores do OIST mediram a corrente elétrica em um plano bidimensional. Ao mudar a polarização das microondas, os pesquisadores conseguiram mostrar que a polarização realmente afeta o movimento dos elétrons. Suas descobertas foram publicadas em Cartas de revisão física .
"É natural esperar que o efeito seja mais forte quando os elétrons e os campos de microondas giram na mesma direção, e será fortemente reduzido quando as direções de sua rotação forem opostas, "disse Denis Konstantinov, autor sênior nesse artigo e chefe da Unidade de Dinâmica Quântica do OIST. Isso é de fato o que Konstantinov e sua equipe descobriram.
Representação esquemática do experimento. Um campo giratório de micro-ondas (E) é enviado através de uma camada circular de elétrons enquanto sua corrente elétrica (I) é medida pela aplicação de voltagem (V). Crédito:OIST
A equipe do OIST colaborou no estudo com pesquisadores do Instituto de Física e Engenharia de Baixas Temperaturas da Ucrânia. Enquanto um colega na Ucrânia desenvolveu uma estrutura matemática para testar as principais teorias dentro da estrutura dos pesquisadores, os cientistas do OIST os testaram experimentalmente.
Em experimentos anteriores, o movimento dos elétrons foi estudado em materiais de estado sólido, como semicondutores. Mas esses materiais contêm impurezas impossíveis de eliminar e que podem interferir nos resultados. Assim, os pesquisadores criaram um sistema que imita de perto a função de um semicondutor usando hélio líquido. Consiste em elétrons na superfície do hélio líquido encerrado em uma câmara de vácuo e resfriado a temperaturas próximas do zero absoluto - aproximadamente -273 Celsius.
"Nada é ideal em estado sólido, "disse Konstantinov." É por isso que nosso sistema é bom - agora podemos eliminar todas essas impurezas e defeitos. "
O hélio possui uma habilidade única:permanece um líquido, mesmo em temperaturas atingindo zero absoluto. Enquanto isso, quaisquer outros compostos (impurezas dentro do hélio) congelam, agarrando-se às paredes de seu contêiner. Em temperatura tão baixa, os elétrons na superfície do hélio se tornam "quantizados" - o movimento dos elétrons perpendiculares ao líquido é "congelado" em um espaço bidimensional, disse Konstantinov.
Câmara de vácuo personalizada que contém elétrons acima do hélio condensado. As microondas são introduzidas na câmara através de um guia de ondas e focadas nos elétrons por um espelho esférico. Crédito:OIST
Neste sistema, quando os pesquisadores enviaram microondas polarizadas circulares através desta camada de elétrons e induziram os elétrons a girar na mesma direção que a rotação do campo de microondas, a corrente medida de elétrons começou a oscilar com o campo magnético aplicado. Quando eles inverteram a rotação dos elétrons, mudando a direção do campo magnético, a oscilação enfraqueceu significativamente. Os pesquisadores observaram o mesmo comportamento invertendo a direção de rotação do campo de microondas, mantendo a rotação dos elétrons inalterada.
Isso significa que os elétrons são realmente afetados pela polarização dessas ondas eletromagnéticas. Ainda, mais trabalho ainda precisa ser feito para entender por que exatamente essas partículas se comportam da maneira que se comportam, disse Oleksiy Zadorozhko, primeiro autor do artigo e pesquisador de pós-doutorado no OIST.
"No momento, ainda não podemos apontar qual das muitas teorias é a principal, "disse ele." Nosso próximo passo é um estudo mais detalhado disso. "
