Cientistas do Departamento de Teoria do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria (MPSD) do Centro de Ciência do Laser de Elétrons Livres (CFEL) em Hamburgo, A Alemanha mostrou, por meio de cálculos teóricos e simulações de computador, que a força entre os elétrons e as distorções da rede em um supercondutor bidimensional atomicamente fino pode ser controlada com fótons virtuais. Isso poderia ajudar no desenvolvimento de novos supercondutores para dispositivos de economia de energia e muitas outras aplicações técnicas.

O vácuo não está vazio. Pode parecer mágica para leigos, mas o problema preocupa os físicos desde o nascimento da mecânica quântica. O vazio aparente borbulha incessantemente e produz flutuações de luz mesmo em temperatura zero absoluta. Num sentido, esses fótons virtuais estão apenas esperando para serem usados. Eles podem carregar forças e alterar as propriedades da matéria.

A força do vácuo, por exemplo, é conhecido por produzir o efeito Casimir. Quando alguém move duas placas metálicas paralelas de um capacitor muito próximas, eles sentem uma atração microscopicamente pequena, mas mensurável entre si, mesmo se as placas não estiverem eletricamente carregadas. Essa atração é criada pela troca de fótons virtuais entre as placas, como dois patinadores no gelo que jogam uma bola para frente e para trás e são submetidos ao recuo. Se a bola fosse invisível, seria de se supor que uma força repelente atue entre eles.

Agora, a equipe MPSD de Michael Sentef, Michael Ruggenthaler e Angel Rubio publicou um estudo em Avanços da Ciência, que faz a ligação entre a força do vácuo e os materiais mais modernos. Em particular, eles exploram a questão do que acontece se o seleneto de ferro supercondutor de alta temperatura bidimensional (FeSe) em um substrato de SrTiO ₃ está localizado na lacuna entre duas placas metálicas onde os fótons virtuais voam para frente e para trás.

O resultado de suas teorias e simulações:a força do vácuo torna possível acoplar os elétrons rápidos na camada 2-D com mais força às vibrações da rede do substrato, que balançam perpendicularmente à camada 2-D. O acoplamento de elétrons supercondutores e as vibrações da rede cristalina é um bloco de construção central para propriedades importantes de muitos materiais.

“Estamos apenas começando a entender esses processos, "diz Michael Sentef." Por exemplo, não sabemos exatamente quão forte a influência da luz do vácuo seria realisticamente sobre as oscilações da superfície. Estamos falando de quasipartículas de luz e fônons, os chamados polaritons de fônon. "Em isoladores 3-D, Os polaritons dos fonons foram medidos com lasers décadas atrás. Contudo, este é um novo território científico no que se refere a novos materiais quânticos 2-D complexos. "É claro que esperamos que nosso trabalho estimule os colegas experimentais a testar nossas previsões, "Sentef acrescenta.

O Diretor de Teoria do MPSD, Angel Rubio, está encantado com essas novas possibilidades:"As teorias e simulações numéricas em nosso departamento são um elemento-chave em toda uma nova geração de desenvolvimentos tecnológicos potenciais. Ainda mais importante, vai encorajar os pesquisadores a reconsiderar os velhos problemas associados à interação entre a luz e a estrutura da matéria. "

Rubio está muito otimista quanto ao papel da pesquisa fundamental nesta área. "Junto com o progresso experimental, por exemplo, na produção controlada e medição precisa de estruturas atômicas e suas propriedades eletrônicas, podemos esperar grandes descobertas. "Em sua opinião, os cientistas estão prestes a embarcar em uma nova era do design atômico das funcionalidades em compostos químicos, particularmente em materiais 2-D e moléculas complexas. Rubio está convencido:"A força do vácuo nos ajudará nessa busca."