Físicos do Instituto de Ciência Weizmann em Israel imaginaram elétrons fluindo viscosamente através de um nanodispositivo, assim como a água fluindo por um cano. Previsto há muito tempo, mas só agora visualizado pela primeira vez, este curioso novo comportamento para elétrons tem implicações importantes para futuros dispositivos eletrônicos.

De ondas fortes a redemoinhos, o fluxo de um líquido pode ser extremamente rico. Esses fenômenos variados são o resultado de muitas colisões que ocorrem entre as partículas que compõem um líquido, e é descrito pela física da hidrodinâmica. Contudo, apesar de ser carregado negativamente, os elétrons normalmente fluem através de um condutor como um gás de forma aleatória, essencialmente sem se repelirem. Isso ocorre porque a maioria dos condutores são feitos de materiais altamente desordenados, e os elétrons que fluem para dentro colidem com mais frequência com as muitas impurezas e imperfeições. Para fazer os elétrons fluírem como um líquido, é preciso um condutor mais avançado, por exemplo, grafeno - uma folha de carbono com um átomo de espessura, que pode ser feito excepcionalmente limpo. "As teorias sugerem que os elétrons líquidos podem realizar façanhas interessantes que suas contrapartes balísticas ou difusivas não podem. Mas para obter uma prova clara de que os elétrons podem de fato formar um estado líquido, queríamos visualizar diretamente seu fluxo, "disse o Prof. Shahal Ilani, chefe da equipe Weizmann no Departamento de Física da Matéria Condensada.

Visualizar o fluxo de elétrons hidrodinâmico em um material como o grafeno não é simples, no entanto, pois requer uma técnica especial que é simultaneamente poderosa o suficiente para espiar dentro de um material, ainda suave o suficiente para evitar interromper o fluxo de elétrons. A equipe Weizmann criou essa técnica, que publicaram recentemente em Nature Nanotechnology . Eles produziram um detector em nanoescala construído a partir de um transistor de nanotubo de carbono que pode gerar imagens das propriedades do fluxo de elétrons com sensibilidade sem precedentes. "Nossa técnica é pelo menos 1000 vezes mais sensível do que métodos alternativos, que nos permite imaginar fenômenos que antes só podiam ser estudados indiretamente, "disse o Dr. Joseph Sulpizio, de Weizmann.

Em seu novo jornal, agora publicado em Natureza , os pesquisadores da Weizmann aplicaram sua nova técnica de imagem a dispositivos de grafeno de última geração produzidos pelo grupo do Prof. Andre Geim na Universidade de Manchester. Esses dispositivos são moldados em canais que orientam o fluxo de elétrons, semelhante à forma como um tubo guia o fluxo de água. E assim como a água flui por um cano, os elétrons no grafeno foram observados fluindo mais rápido no centro dos canais e mais devagar nas paredes, que é a marca registrada do fluxo hidrodinâmico.

Este trabalho demonstra que os padrões de um fluido convencional podem ser imitados por elétrons. Isso pode ser benéfico para a criação de novos tipos de dispositivos eletrônicos, incluindo dispositivos de baixa potência em que o fluxo hidrodinâmico diminui a resistência elétrica. "Centros de computação e eletrônicos de consumo estão devorando uma quantidade cada vez maior de energia, e à luz das mudanças climáticas, é imperativo encontrar maneiras de fazer os elétrons fluírem com menos resistência, "disse o Dr. Lior Ella de Weizmann.