Na física, é bem sabido que os elétrons se comportam de maneira muito diferente em três dimensões, duas dimensões ou uma dimensão. Esses comportamentos dão origem a diferentes possibilidades de aplicações tecnológicas e sistemas eletrônicos. Mas o que acontece se os elétrons viverem em 1,58 dimensões - e o que isso realmente significa? Físicos teóricos e experimentais da Universidade de Utrecht investigaram essas questões em um novo estudo que será publicado em Física da Natureza em 12 de novembro.

Pode ser difícil imaginar 1,58 dimensões, mas a ideia é mais familiar para você do que você pensa à primeira vista. Dimensões não inteiras, como 1,58, podem ser encontrados em estruturas fractais, como os pulmões. Um fractal é uma estrutura auto-semelhante que se escala de uma maneira diferente dos objetos normais:Se você aumentar o zoom, você verá a mesma estrutura novamente. Por exemplo, um pequeno pedaço de brócolis Romanesco normalmente se parece com a cabeça inteira do brócolis. Na eletronica, fractais são usados ​​em antenas por suas propriedades de recepção e transmissão de sinais em uma ampla faixa de frequência.

Um tópico relativamente novo em fractais é o comportamento quântico que surge se você ampliar até a escala dos elétrons. Usando um simulador quântico, Os físicos de Utrecht, Sander Kempkes e Marlou Slot, foram capazes de construir esse fractal com elétrons. Os pesquisadores fizeram uma 'lata de muffin' na qual os elétrons se confinariam em uma forma fractal, colocando moléculas de monóxido de carbono na forma certa em um fundo de cobre com um microscópio de tunelamento de varredura. A forma de fractal triangular resultante em que os elétrons foram confinados é chamada de triângulo de Sierpiński, que tem uma dimensão fractal de 1,58. Os pesquisadores observaram que os elétrons no triângulo realmente se comportam como se vivessem em 1,58 dimensões.

Os resultados do estudo mostram como os triângulos de Sierpiński (imagem à direita) unidos (imagem à esquerda) e não aderentes (imagem à direita) são separados em energia, rendendo boas oportunidades para a transmissão de correntes através dessas estruturas fractais. No caso de vínculo, os elétrons estão conectados e podem facilmente ir de um lugar para outro (alta transmissão), enquanto que no caso sem ligação eles não estão conectados e precisam "pular" para outro local (baixa transmissão). Também, calculando a dimensão da função de onda eletrônica, os pesquisadores observaram que os próprios elétrons estão confinados a essa dimensão e as funções de onda herdam essa dimensão fracionária.

“Do ponto de vista teórico, este é um resultado muito interessante e inovador, "diz a física teórica Cristiane de Morais Smith, que supervisionou o estudo junto com os físicos experimentais Ingmar Swart e Daniel Vanmaekelbergh. "Isso abre toda uma nova linha de pesquisa, levantando questões como:o que realmente significa para os elétrons serem confinados em dimensões não inteiras? Eles se comportam mais como em uma dimensão ou em duas dimensões? E o que acontece se um campo magnético for ativado perpendicularmente à amostra? Fractais já possuem um grande número de aplicações, portanto, esses resultados podem ter um grande impacto na pesquisa em escala quântica. "