Crédito CC0:domínio público
Um único elétron isolado tem uma carga elétrica clara, momento magnético e massa, e seu movimento livre pode ser previsto com precisão. Cientistas espanhóis fabricaram um material artificial em nanoescala manipulando átomos um após o outro e descobriram que os elétrons podem ficar mais pesados. Os elétrons pesados são partículas promissoras que conferem novas funcionalidades a novos materiais. Este estudo é o resultado de uma colaboração internacional liderada pelo Instituto de Nanociencia de Aragón e o Instituto de Ciência de Materiales de Aragón (ICMA), em que os cientistas da CIC nanoGUNE participaram, juntamente com membros do Centro de Física de Materiales (CFM) em San Sebastian, e a Charles University e a Czech Academy of Sciences, na República Tcheca.
O estudo foi publicado na revista Nature Communications e mostra que é possível fabricar materiais artificiais, um por um, para produzir propriedades eletrônicas e magnéticas que não existem em nenhum material encontrado na natureza. Nesse caso, os cientistas observaram que os elétrons convencionais em um metal tornam-se elétrons pesados (o termo técnico é férmions pesados) na proximidade de estruturas atômicas ordenadas de átomos magnéticos (cobalto) dispostos sobre a superfície. Férmions pesados são estados eletrônicos que aparecem quando elétrons normais, que são intrinsecamente magnéticos, são atraídos para a estrutura de átomos magnéticos dispostos periodicamente.
Os pesquisadores empregaram um microscópio de tunelamento de varredura em baixas temperaturas para estudar a forma desses estados eletrônicos e demonstrar que eles correspondem ao surgimento de um estado de férmions pesados. Esta é a primeira vez que a formação de tais novos estados da matéria foi monitorada pela construção do material artificial, um átomo de cada vez. "Descobrimos que a impressão digital magnética desses elétrons se estendeu deslocalizada ao longo de uma cadeia magnética de até 20 átomos de cobalto, permitindo-nos demonstrar que correspondem a um novo estado eletrônico da matéria, e fornecer um modelo teórico para a criação de elétrons pesados que poderia ser estendido a outros sistemas, impulsionando assim a busca de materiais artificiais com novas propriedades funcionais. "Explica David Serrate, cientista do ICMA e líder deste estudo.
As propriedades eletrônicas e magnéticas exóticas desses materiais antecipam seu possível uso para aplicações como sensores, dispositivos supercondutores, ou para explorar processos quânticos críticos. Os elétrons pesados se comportam drasticamente de maneira diferente dos elétrons normais porque sua resposta à temperatura e à pressão dos campos magnéticos varia com a massa dos elétrons. Adicionalmente, a observação desses novos estados inspiram novos modelos teóricos que nos permitem explorar os limites quânticos da matéria e projetar novos materiais artificiais com comportamento eletrônico customizado.