p Cientistas do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) estudaram a dinâmica dos elétrons do "material maravilhoso" grafeno em um campo magnético pela primeira vez. Isso levou à descoberta de um fenômeno aparentemente paradoxal no material. Seu entendimento pode possibilitar um novo tipo de laser no futuro. Junto com pesquisadores de Berlim, França, a República Tcheca e os Estados Unidos, os cientistas descreveram precisamente suas observações em um modelo e agora publicaram suas descobertas na revista científica Física da Natureza . p O grafeno é considerado um "material maravilhoso":sua resistência à ruptura é maior do que o aço e conduz eletricidade e calor de forma mais eficaz do que o cobre. Como uma estrutura bidimensional que consiste em apenas uma única camada de átomos de carbono, também é flexível, quase transparente e aproximadamente um milhão de vezes mais fino do que uma folha de papel. Além disso, logo após sua descoberta, há dez anos, os cientistas reconheceram que os estados de energia do grafeno em um campo magnético - conhecidos como níveis de Landau - se comportam de maneira diferente dos semicondutores. "Muitos efeitos fascinantes foram descobertos com o grafeno em campos magnéticos, mas a dinâmica dos elétrons nunca foi estudada em tal sistema até agora, "explica o físico Dr. Stephan Winnerl do HZDR.

p Os pesquisadores do HZDR expuseram o grafeno a um campo magnético de quatro Tesla - quarenta vezes mais forte do que um ímã em ferradura. Como resultado, os elétrons no grafeno ocupam apenas certos estados de energia. As partículas carregadas negativamente foram virtualmente forçadas nos trilhos. Esses níveis de energia foram então examinados com pulsos de luz laser de elétrons livres no HZDR. "O pulso de laser excita os elétrons em um determinado nível de Landau. Um pulso temporariamente atrasado, então, investiga como o sistema evolui, "explica Martin Mittendorff, doutorando do HZDR e primeiro autor do artigo.

p Redistribuição de elétrons surpreende cientistas

p O resultado dos experimentos surpreendeu os pesquisadores. Este nível de energia em particular, em que novos elétrons foram bombeados usando o laser, esvaziado gradualmente. Winnerl ilustra esse efeito paradoxal usando um exemplo cotidiano:"Imagine uma bibliotecária classificando livros em uma estante com três prateleiras. Ela coloca um livro de cada vez da prateleira inferior na prateleira do meio. Seu filho está simultaneamente 'ajudando' pegando dois livros da prateleira do meio, colocando um deles na prateleira de cima, o outro na parte inferior. O filho está muito ansioso e agora o número de livros na prateleira do meio diminui, embora esta seja exatamente a prateleira que sua mãe deseja preencher. "

p Porque não havia experimentos nem teorias sobre tal dinâmica antes, os físicos de Dresden inicialmente tiveram dificuldade em interpretar os sinais corretamente. Depois de várias tentativas, Contudo, eles encontraram uma explicação:as colisões entre elétrons causam esse rearranjo incomum. "Este efeito é conhecido há muito tempo como espalhamento Auger, mas ninguém esperava que fosse tão forte e faria com que o nível de energia se esgotasse, "explica Winnerl.

p Essa nova descoberta pode ser usada no futuro para desenvolver um laser que pode produzir luz com comprimentos de onda ajustáveis ​​arbitrariamente nas faixas de infravermelho e terahertz. "Esse tipo de laser de nível Landau foi considerado impossível por muito tempo, mas agora com o grafeno este sonho dos físicos de semicondutores pode se tornar uma realidade, "diz Winnerl com entusiasmo.

p Pesquisadores de Berlim calculam modelo complexo para experimentos de Dresden

p Depois que o modelo fundamental usado nos experimentos funcionou satisfatoriamente, o trabalho teórico preciso seguido, que foi realizado na Universidade Técnica de Berlim. Os cientistas de Berlim, Ermin Malic e Andreas Knorr, confirmaram, usando cálculos complexos, as suposições do grupo de Dresden e forneceram percepções detalhadas sobre os mecanismos subjacentes. Os pesquisadores do HZDR também cooperaram com o Laboratório Francês de Alto Campo Magnético em Grenoble (Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses - LNCMI), a Charles University Prague e o Georgia Institute of Technology em Atlanta (EUA).