Crédito CC0:domínio público
Uma equipe de físicos mapeou como as energias dos elétrons variam de região para região em um determinado estado quântico com clareza sem precedentes. Esse entendimento revela um mecanismo subjacente pelo qual os elétrons influenciam uns aos outros, denominado "hibridização quântica", "que tinha sido invisível em experimentos anteriores.
As evidências, o trabalho de cientistas da Universidade de Nova York, o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Universidade Rutgers, e MIT, são relatados no jornal Física da Natureza .
"Esse tipo de relação é essencial para a compreensão de um sistema quântico de elétrons - e a base de todo movimento - mas muitas vezes foi estudado de um ponto de vista teórico e não considerado observável por meio de experimentos, "explica Andrew Wray, professor assistente no Departamento de Física da NYU e um dos co-autores do artigo. "Notavelmente, este trabalho revela uma diversidade de ambientes energéticos dentro de um mesmo material, permitindo comparações que nos permitem identificar como os elétrons mudam entre os estados. "
Os cientistas concentraram seu trabalho no seleneto de bismuto, ou Bi 2 Se 3 , um material que tem estado sob intensa investigação na última década como base de informações avançadas e tecnologias de computação quântica. Pesquisas em 2008 e 2009 identificaram o seleneto de bismuto como hospedeiro de um raro estado quântico "isolante topológico" que muda a maneira como os elétrons em sua superfície interagem e armazenam informações.
Estudos desde então confirmaram uma série de idéias inspiradas teoricamente sobre elétrons de superfície de isoladores topológicos. Contudo, porque essas partículas estão na superfície de um material, eles estão expostos a fatores ambientais não presentes na maior parte do material, fazendo com que eles se manifestem e se movam de maneiras diferentes de região para região.
A lacuna de conhecimento resultante, junto com desafios semelhantes para outras classes de materiais, tem motivado cientistas a desenvolver técnicas para medir elétrons com resolução espacial em escala mícron ou nanométrica, permitindo que os pesquisadores examinem a interação do elétron sem interferência externa.
o Física da Natureza a pesquisa é um dos primeiros estudos a usar esta nova geração de ferramentas experimentais, denominado "espectromicroscopia" - e a primeira investigação espectromicroscópica de Bi 2 Se 3 . Este procedimento pode rastrear como o movimento dos elétrons de superfície difere de região para região dentro de um material. Em vez de focar na atividade média de elétrons em uma única grande região em uma superfície de amostra, os cientistas coletaram dados de quase 1, 000 regiões menores.
Ao ampliar o terreno por meio dessa abordagem, eles puderam observar assinaturas de hibridização quântica nas relações entre os elétrons em movimento, como uma repulsão entre estados eletrônicos que se aproximam um do outro em energia. As medições deste método iluminaram a variação de quasipartículas eletrônicas na superfície do material.
"Observar como os estados eletrônicos variam em conjunto uns com os outros na superfície da amostra revela relações condicionais entre diferentes tipos de elétrons, e é realmente uma nova maneira de estudar um material, "explica Erica Kotta, um estudante de graduação da NYU e primeiro autor do artigo. "Os resultados fornecem uma nova visão sobre a física dos isoladores topológicos, fornecendo a primeira medição direta da hibridização quântica entre elétrons próximos à superfície."
