A fotoemissão é uma propriedade de metais e outros materiais que emitem elétrons quando atingidos pela luz. A emissão de elétrons após a absorção da luz já foi explicada por Albert Einstein. Mas, uma vez que esse efeito é um processo altamente complexo, os cientistas ainda não foram capazes de elucidar totalmente seus detalhes. O Prof. Dr. Bernd von Issendorff e sua equipe do Instituto de Física da Universidade de Freiburg conseguiram agora detectar um efeito quântico até então desconhecido nas distribuições angulares de fotoelétrons de aglomerados de metais criogênicos selecionados em massa. As distribuições angulares se assemelham às das partículas clássicas, um comportamento que é surpreendentemente explicável pela forte interação elétron-elétron nesses sistemas de muitos elétrons. Os pesquisadores publicaram esta descoberta na edição atual da Cartas de revisão física .

Elétrons com momentos angulares bem definidos

Os aglomerados de metal podem ser vistos como sistemas quânticos que consistem em uma quantidade contável de partículas quânticas - neste caso, elétrons - em um potencial de caixa esférica simples. Elétrons em aglomerados de metal simples possuem momentos angulares relativamente bem definidos, embora um cluster nunca seja perfeitamente redondo. Isso se deve à proteção virtualmente ideal dos núcleos atômicos pelo sistema eletrônico. Portanto, um único elétron experimenta apenas uma interação média que é notavelmente próxima da interação com um potencial de caixa esférica. Como consequência, os elétrons praticamente assumem estados próprios de momento angular, ou seja, gire com um momento angular bem definido. Além disso, a fotoemissão do elétron ocorre apenas na superfície do aglomerado, porque somente ali o momento radial necessário pode ser transferido para o elétron.

A emissão de elétrons ocorre apenas na superfície

Os pesquisadores esperavam que o momento do elétron fosse preservado paralelamente à superfície durante a fotoemissão, como não há forças agindo nesta direção. "Uma vez que um elétron com um momento angular definido na superfície tem um momento definido paralelo a ele, pode ser assumido, "explica von Issendorff, "que a distribuição angular dos elétrons corresponde à das bolas simplesmente liberadas por crianças de um carrossel em rotação. Eles não voam radialmente para fora, mas tangencialmente ao caminho circular." Os pesquisadores de Freiburg observaram apenas esse efeito em aglomerados de metal, assim, verificando se os elétrons de fato podem ser vistos como partículas girando em um potencial de caixa e se a emissão de elétrons realmente ocorre apenas na superfície. A surpresa, Contudo, diz von Issendorff, é que esta observação é completamente contraditória com as simulações da mecânica quântica, que sempre predizem um comportamento muito mais complexo dominado por inferências e ressonâncias no processo de ionização.

Descrição matemática das funções angulares

Contudo, os pesquisadores de Freiburg foram capazes de resolver esta contradição:com base em seus trabalhos anteriores e em discussões com pesquisadores do Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complexos em Dresden, eles derivaram uma descrição matemática completa das funções angulares que corresponde muito bem ao experimento. A suposição básica dessa nova descrição é que o aglomerado é completamente não transparente para os elétrons:os elétrons são fortemente desacelerados dentro do aglomerado. Isso leva a uma supressão dos efeitos de interferência e ressonância e, portanto, a um comportamento quase clássico. Já se sabia que a decoerência suprime as interferências. O que há de novo, Contudo, é que a forte dissipação não leva a uma lavagem completa das distribuições angulares dos elétrons, mas pelo contrário, produz distribuições muito estruturadas e quase clássicas.

Comportamento como uma partícula clássica

"Estamos acostumados com efeitos quânticos predominantes em escalas pequenas, Considerando que uma descrição clássica é muitas vezes uma boa aproximação para efeitos em escalas maiores, "explica von Issendorff." Aqui, o comportamento clássico surge mesmo em pequena escala por meio da dissipação. A complicada interação entre uma infinidade de elétrons resulta em um desses elétrons se comportando como uma partícula clássica. "