Pesquisadores da Stanford University e do SLAC National Accelerator Laboratory criaram o primeiro sistema de "elétrons projetados" - variantes exóticas de elétrons comuns com propriedades ajustáveis ​​que podem levar a novos tipos de materiais e dispositivos.

"O comportamento dos elétrons nos materiais está no cerne de essencialmente todas as tecnologias atuais, "disse Hari Manoharan, professor associado de física em Stanford e membro do Instituto de Stanford de Ciências de Materiais e Energia da SLAC, quem liderou a pesquisa. "Agora somos capazes de ajustar as propriedades fundamentais dos elétrons para que eles se comportem de maneiras raramente vistas em materiais comuns."

Seus primeiros exemplos, relatado hoje em Natureza , foram feitos à mão, estruturas em forma de favo de mel inspiradas no grafeno, uma forma pura de carbono que tem sido amplamente anunciada por seu potencial na eletrônica do futuro. Inicialmente, os elétrons nesta estrutura tinham propriedades semelhantes ao grafeno; por exemplo, ao contrário dos elétrons comuns, eles não tinham massa e viajavam como se estivessem se movendo no vácuo à velocidade da luz. Mas os pesquisadores foram capazes de sintonizar esses elétrons de maneiras que são difíceis de fazer no grafeno real.

Para fazer a estrutura, que Manoharan chama de grafeno molecular, os cientistas usam um microscópio de tunelamento para colocar moléculas individuais de monóxido de carbono em uma superfície de cobre perfeitamente lisa. O monóxido de carbono repele os elétrons de fluxo livre na superfície do cobre e os força em um padrão de favo de mel, onde eles se comportam como elétrons de grafeno.

Para ajustar as propriedades dos elétrons, os pesquisadores reposicionaram as moléculas de monóxido de carbono na superfície; isso mudou a simetria do fluxo de elétrons. Em algumas configurações, os elétrons agiam como se tivessem sido expostos a um campo magnético ou elétrico. Em outros, os pesquisadores conseguiram ajustar com precisão a densidade dos elétrons na superfície, introduzindo defeitos ou impurezas. Ao escrever padrões complexos que imitavam mudanças nos comprimentos e intensidades das ligações carbono-carbono no grafeno, os pesquisadores foram capazes de restaurar a massa dos elétrons em pequenas, áreas selecionadas.

"Uma das coisas mais incríveis que fizemos foi fazer os elétrons pensarem que estão em um enorme campo magnético quando, na verdade, nenhum campo real foi aplicado, "Manoharan disse. Guiado pela teoria desenvolvida pelo co-autor Francisco Guiné da Espanha, a equipe de Stanford calculou as posições onde os átomos de carbono no grafeno deveriam estar para fazer seus elétrons acreditarem que estavam sendo expostos a campos magnéticos variando de zero a 60 Tesla, mais de 30 por cento maior do que o campo magnético contínuo mais forte já alcançado na Terra. Os pesquisadores então moveram as moléculas de monóxido de carbono para direcionar os elétrons exatamente para essas posições, e os elétrons responderam se comportando exatamente como previsto - como se tivessem sido expostos a um campo real.

"Nossa nova abordagem é um novo e poderoso ambiente de teste para a física, "Manoharan disse." O grafeno molecular é apenas o primeiro em uma série de estruturas de designer possíveis. Esperamos que nossa pesquisa finalmente identifique novos materiais em nanoescala com propriedades eletrônicas úteis. "