As propriedades de materiais complexos são freqüentemente determinadas pela interação de várias propriedades do elétron. A TU Wien (Viena) conseguiu desemaranhar essa bagunça.

Somente em temperaturas extremamente baixas a ordem prevalece. Na Universidade de Tecnologia de Viena, os materiais são resfriados a quase zero absoluto, de modo que os elétrons, que de outra forma ocupam diferentes estados aleatoriamente, mostram certas regularidades. Mas mesmo o comportamento de tais elétrons extremamente frios é difícil de entender, por um lado, porque os elétrons influenciam fortemente uns aos outros e não podem ser descritos separadamente, e, por outro lado, porque diferentes características do elétron desempenham um papel ao mesmo tempo. Contudo, a compreensão agora é facilitada por experimentos na TU Vienna:era possível influenciar diferentes características dos elétrons separadamente uns dos outros. Fenômenos quânticos intimamente entrelaçados podem, portanto, ser compreendidos individualmente. Os resultados já foram publicados na revista PNAS .

Peças de xadrez e elétrons

Imagine que temos um grande saco de peças de xadrez que você coloca em um tabuleiro de xadrez, uma após a outra, até que esteja cheio. Existem diferentes maneiras de criar padrões ordenados:Por exemplo, você sempre pode colocar uma peça branca e uma preta alternadamente. Você também pode ignorar as cores e colocar alternadamente um cavalo e uma torre, ou invente padrões de ordem mais complicados que combinem cor e tipo de figura.

É semelhante com os elétrons em um sólido:como em um tabuleiro de xadrez, há lugares regularmente dispostos onde os elétrons podem ficar. E como peças de xadrez, os elétrons têm propriedades diferentes que podem ser usadas para criar ordem.

"A propriedade mais simples dos elétrons é sua carga - ela é responsável pelo fluxo da corrente elétrica. No entanto, a carga é a mesma para todos os elétrons, "diz o Prof. Silke Bühler-Paschen do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Viena." As coisas se tornam mais interessantes se considerarmos também o spin do elétron. Para girar, sempre há duas possibilidades diferentes. Suas propriedades magnéticas são determinadas pelo arranjo regular dos spins do elétron em um corpo sólido. "

Onde o elétron está localizado? O grau de liberdade orbital

Contudo, para elétrons localizados, há outra propriedade, outro grau de liberdade, que desempenha um papel importante:O grau de liberdade orbital. Se um elétron está ligado a um certo átomo, diferentes arranjos espaciais são possíveis. A física quântica permite diferentes relações geométricas entre elétron e átomo - e isso também permite estruturas ordenadas no sólido, por exemplo, quando muitos átomos idênticos estão dispostos em um cristal, e cada um tem um elétron que está no mesmo estado orbital.

"Investigamos um material feito de paládio, silício e cério, "diz Silke Bühler-Paschen." Nós nos concentramos nos elétrons localizados no átomo de cério e nos elétrons de condução, que pode se mover livremente através do cristal. "Com a ajuda dos elétrons de condução, é possível influenciar a ordem dos elétrons no átomo de cério - tanto seu grau de liberdade de spin quanto seu grau de liberdade orbital. "Isso é feito por blindagem, "explica Bühler-Paschen." Os elétrons de condução podem virtualmente ocultar o spin e o estado orbital dos elétrons fixos, que é chamado de efeito Kondo. Isso significa que o pedido não é mais possível. "Como já foi mostrado, a ordem desses dois graus de liberdade pode ser ligada e desligada separadamente em temperaturas muito baixas - com a ajuda de pequenas mudanças no campo magnético.

"O fato de que a ordem nos sistemas quânticos entra em colapso ou reaparece em certas situações não é novo, "diz Silke Bühler-Paschen." Mas aqui temos um sistema no qual a ordem pode ser ligada e desligada individualmente em relação a dois diferentes graus de liberdade que estão intimamente interligados em altas temperaturas - e isso é bastante notável. "

Essa possibilidade agora pode ajudar a descobrir propriedades particularmente interessantes de materiais complexos. "Existem razões para supor que o grau de liberdade orbital também desempenha um papel importante no fenômeno da supercondutividade não convencional, "diz Silke Bühler-Paschen." Agora temos um novo instrumento à nossa disposição para entender melhor esses efeitos tecnologicamente importantes. "