p Os cientistas de Groningen encontraram uma explicação para um mistério que vem intrigando a comunidade da física desde 1995. Na revista científica Natureza na quinta-feira, 28 de agosto (publicação online antecipada), eles explicam por que os elétrons passam por fios muito pequenos (conhecidos como contatos pontuais quânticos) com menos suavidade do que o esperado. As observações do grupo liderado pelo Prof. C.H. van der Wal, do Instituto Zernike para Materiais Avançados da Universidade de Groningen, afetará a eletrônica em nanoescala:"Nosso pensamento sobre isso tem sido muito ingênuo até agora." p O mistério diz respeito a nanofios com cerca de cem átomos de largura. Já em 1988, o físico holandês Bart van Wees, atualmente é professor do Instituto Zernike, descobriu um efeito notável neste tipo de fio. Quando ele os tornou mais largos, o fluxo não aumentou gradualmente, mas em etapas. Van der Wal:'Isso poderia ser explicado pelos efeitos quânticos que ocorreram nos fios. Existe uma fórmula que descreve precisamente como essas etapas ocorrem. '

p Pico inesperado

p Contudo, na primeira etapa, com os fios mais finos, uma pequena exceção no aumento gradual foi encontrada de forma consistente. 'Você vê um pico inesperado, depois disso, a condução aumenta menos rapidamente do que o esperado por um tempo. Isso já foi observado na primeira publicação sobre isso por Van Wees, mas inicialmente os pesquisadores pensaram que a inconsistência se devia a pequenos defeitos no material usado. ' Em 1995, foi demonstrado que não era assim. 'O pico foi real, o que significava que processos físicos estavam ocorrendo que não entendíamos corretamente. ' Centenas de publicações surgiram sobre o fenômeno, conhecido como 'Zero Bias Anomaly' (ZBA), mas ninguém conseguia descobrir o que estava causando isso.

p Alguns anos atrás, um dos alunos de doutorado de Van der Wal fez uma série desse tipo de fio quântico. “Eles se destinavam a um tipo de pesquisa completamente diferente. Contudo, observamos o pico e algumas outras tendências interessantes. ' Van der Wal decidiu iniciar um projeto de pesquisa separado.

p Passagem de montanha

p Um estudante de doutorado paquistanês, Javaid Iqbal, criou um grande número deste tipo de fio quântico. Além dos fios 'comuns' cuja largura é adaptável, ele também fez fios cujo comprimento pode ser variado. Os fios, notavelmente, são muito diferentes dos fios elétricos clássicos de nossa vida diária (um núcleo condutor cercado por material isolante), mas consistem em um semicondutor no qual eletrodos controlam a borda de um minúsculo canal. Os eletrodos criam um 'potencial de ponto de sela', uma espécie de pequena passagem na montanha onde os eletrodos de cada lado controlam paredes íngremes.

p Van der Wal:'Vimos o pico que todo mundo estava encontrando. Mas quando aumentamos a voltagem através do fio, de repente, houve um pico duplo. Outros também observaram isso, mas eles pensaram que isso indicava que o fio não estava mais funcionando corretamente. ' Trabalhando em circunstâncias extremamente controladas, uma fração acima da temperatura do zero absoluto, usando material extremamente puro e testando um grande número de fios, O grupo de Van der Wal conseguiu provar que o fenômeno é real. 'E descobrimos que o aparecimento do ZBA não dependia apenas da voltagem, mas também no comprimento do fio. '

p Muitas físicas do corpo

p Van der Wal contatou físicos teóricos que trabalharam no ZBA por anos, particularmente um grupo em Israel que previu a existência de um pico duplo. 'Mas eles não previram que também dependia do comprimento.' Junto com colegas da Alemanha e da Espanha, eles encontraram uma explicação para o fenômeno. 'Agora pensamos que os elétrons ficam presos no topo da "passagem na montanha" que forma o fio quântico, 'explica Van der Wal.

p Os elétrons que fluem através do fio se comportam como ondas quânticas. 'Eles batem contra as paredes, e às vezes refletem dos flancos da passagem na montanha. Eles também sentem a presença um do outro. ' Isso resulta em uma interação complexa de vários fenômenos físicos. 'Chamamos isso de' muitos corpos físicos '. É muito complexo. Você não pode descrever como todas as interações procedem com um único, fórmula simples. ' Contudo, o resultado final é que um elétron fica preso no topo da passagem na montanha ou, nas palavras dos físicos, fica localizado. Isso influencia a condutividade dos fios e resulta em picos estranhos. 'E com fios mais longos, dois ou mais elétrons podem ser localizados, o que resulta em picos duplos ou mesmo triplos. '

p Mais complexo

p 'O que sabemos agora é que o comportamento dos elétrons neste tipo de fio quântico é muito mais complexo do que pensávamos. Isso tem todos os tipos de consequências. ' As características dos elétrons que passam por esse fio, por exemplo, seu spin (o movimento de precessão dos elétrons), pode mudar no fio. 'Isso é algo que você tem que levar em consideração.' Os fios quânticos são frequentemente usados ​​em pesquisas, por exemplo, ao fazer pontos quânticos (usados ​​como bits na construção de um computador quântico).

p Bem como o artigo de Van der Wal e seus colegas, Natureza publicará outro artigo sobre ZBA na quinta-feira, com muitas das mesmas conclusões. “O mistério está, portanto, praticamente resolvido. Os últimos detalhes resultarão em discussões interessantes, no entanto', comenta Van der Wal com entusiasmo.