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    Materiais de escala atômica artificial:descobrindo como os elétrons engordam

    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.

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