Em uma descoberta que dará aos teóricos muito o que ponderar, uma equipe totalmente RIKEN observou uma resposta inesperada em um material exótico conhecido como isolador de Mott ao injetar elétrons nele. Esta observação promete dar aos físicos novos insights sobre tais materiais, que estão intimamente relacionados aos supercondutores de alta temperatura.

Nem um pedaço de silício nem um isolador Mott conduz eletricidade - mas por razões muito diferentes. Em silício, os elétrons estão fortemente ligados aos átomos e requerem muita energia para se tornarem elétrons de condução móveis. Em contraste, em um isolador Mott, elétrons podem não estar fortemente ligados aos átomos, mas seu movimento é restringido por sua repulsão mútua.

O surgimento do estado de Mott a partir de interações entre elétrons leva a propriedades incomuns. "Um pequeno excesso ou déficit de elétrons em um isolador Mott pode levar à supercondutividade de alta temperatura, que pode ser de enorme valor prático no futuro, "diz Christopher Butler do RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)." No dissulfeto de tântalo isolante de Mott, os elétrons não estão localizados em cada átomo, mas, em vez disso, nas cristas de uma "onda de densidade de carga" pré-existente. Como a onda de densidade de carga é bastante delicada, o estado de Mott pode ser facilmente ajustado. "

Mas para aproveitar o potencial deste estado de isolamento de Mott e a onda de densidade de carga que o hospeda, os cientistas precisam entender melhor a física que os conecta.

Agora, Butler e três colegas, tudo no CEMS, adicionaram elétrons em excesso a um isolador de Mott usando a ponta de um microscópio de tunelamento de varredura (Fig. 1) e observaram uma resposta surpreendente - o espectro de tunelamento mostrou uma característica nítida, um estado distinto que desencadeou vibrações na rede iônica.

O modelo teórico convencional para isoladores Mott prevê que o espectro deve ser suave e não descritivo. "Foi muito surpreendente que vimos características tão nítidas em nossas medições de espectroscopia de tunelamento, "diz Butler." Eles podem indicar que algo está acontecendo que está fora dos limites da teoria usual. "

Butler observa que alguns cálculos teóricos prevêem características nítidas semelhantes às que sua equipe viu, mas eles envolvem entidades semelhantes a partículas conhecidas como quasipartículas, que são controversos, uma vez que não se pensa que existam em verdadeiros isoladores Mott. "Existem explicações concorrentes para a observação que são menos controversas, "diz Butler." Mas se eventualmente se descobrir que os resultados do cálculo que indicam a existência de quasipartículas estão corretos, pode abalar a compreensão teórica dos isoladores de Mott. "