p Os humanos estudam a carga elétrica há milhares de anos, e os resultados moldaram a civilização moderna. Nossas vidas diárias dependem de iluminação elétrica, smartphones, carros, e computadores, de maneiras que os primeiros indivíduos a notar um choque estático ou um relâmpago jamais poderiam ter imaginado. p Agora, físicos do Nordeste descobriram uma nova maneira de manipular a carga elétrica. E as mudanças no futuro de nossa tecnologia podem ser monumentais.

p “Quando tais fenômenos são descobertos, a imaginação é o limite, "diz Swastik Kar, um professor associado de física. "Isso pode mudar a maneira como podemos detectar e comunicar sinais. Pode mudar a maneira como podemos sentir as coisas e o armazenamento de informações, e possibilidades que podemos nem ter pensado ainda. "

p A capacidade de se mover, manipular, e armazenar elétrons é a chave para a grande maioria da tecnologia moderna, quer estejamos tentando coletar energia do sol ou jogando Plants vs. Zombies em nosso telefone. Em um artigo publicado em Nanoescala , os pesquisadores descreveram uma maneira de fazer com que os elétrons façam algo inteiramente novo:distribuem-se uniformemente em um sistema estacionário, padrão cristalino.

p "Estou tentado a dizer que é quase como uma nova fase da matéria, "Kar diz." Porque é puramente eletrônico. "

p O fenômeno apareceu enquanto os pesquisadores faziam experimentos com materiais cristalinos com apenas alguns átomos de espessura, conhecidos como materiais 2-D. Esses materiais são constituídos por um padrão de repetição de átomos, como um tabuleiro de damas sem fim, e são tão finos que os elétrons neles só podem se mover em duas dimensões.

p Empilhar esses materiais ultrafinos pode criar efeitos incomuns à medida que as camadas interagem em um nível quântico.

p Kar e seus colegas estavam examinando dois desses materiais 2-D, seleneto de bismuto e um dichalcogeneto de metal de transição, em camadas umas sobre as outras como folhas de papel. Foi quando as coisas começaram a ficar estranhas.

p Os elétrons devem se repelir - eles têm carga negativa, e afaste-se de outras coisas com carga negativa. Mas não era isso que os elétrons dessas camadas estavam fazendo. Eles estavam formando um padrão estacionário.

p "Em certos ângulos, esses materiais parecem formar uma forma de compartilhar seus elétrons que acaba formando esta terceira rede geometricamente periódica, "Kar diz." Um conjunto perfeitamente repetível de poças eletrônicas puras que reside entre as duas camadas. "

p Inicialmente, Kar presumiu que o resultado foi um erro. As estruturas cristalinas de materiais 2-D são muito pequenas para serem observadas diretamente, portanto, os físicos usam microscópios especiais que disparam feixes de elétrons em vez de luz. À medida que os elétrons passam pelo material, eles interferem uns com os outros e criam um padrão. O padrão específico (e um monte de matemática) pode ser usado para recriar a forma do material 2-D.

p Quando o padrão resultante revelou uma terceira camada que não poderia vir de nenhuma das outras duas, Kar pensou que algo estava errado na criação do material ou no processo de medição. Fenômenos semelhantes foram observados antes, mas apenas em temperaturas extremamente baixas. As observações de Kar estavam em temperatura ambiente.

p "Você já entrou em um prado e viu uma macieira com mangas penduradas nela?" Kar pergunta. "Claro que pensamos que algo estava errado. Isso não poderia estar acontecendo."

p Mas depois de repetidos testes e experimentos conduzidos pelo estudante de doutorado Zachariah Hennighausen, seus resultados permaneceram os mesmos. Havia um novo padrão de treliça de pontos carregados aparecendo entre os materiais 2-D. E esse padrão mudou com a orientação das duas camadas de sanduíche.

p Como Kar e sua equipe estavam trabalhando na investigação experimental, Arun Bansil, um ilustre professor universitário de física do Nordeste, e o estudante de doutorado Chistopher Lane estavam examinando as possibilidades teóricas, para entender como isso pode estar acontecendo.

p Os elétrons em um material estão sempre saltando, Bansil explica, à medida que são puxados pelos núcleos de átomos carregados positivamente e repelidos por outros elétrons carregados negativamente. Mas neste caso, algo sobre a forma como essas cargas são dispostas está agrupando elétrons em um padrão específico.

p “Eles produzem essas regiões onde existem, se você gostar, valas de algum tipo na paisagem potencial, que são o suficiente para forçar esses elétrons a criar essas poças de carga, "Bansil diz." A única razão pela qual os elétrons se formarão em poças é porque há um buraco potencial ali. "

p Essas valas, por assim dizer, são criados por uma combinação de fatores físicos e mecânicos quânticos, Bansil diz.

p Quando dois padrões ou grades repetidos são deslocados, eles se combinam para criar um novo padrão (você pode replicar isso em casa, sobrepondo os dentes de dois pentes planos). Cada material 2-D tem uma estrutura de repetição, e os pesquisadores demonstraram que o padrão criado quando esses materiais são empilhados determina para onde os elétrons irão parar.

p "É aí que se torna mecanicamente quântico favorável para as poças residirem, "Kar diz." É quase guiando essas poças de elétrons para permanecer lá e em nenhum outro lugar. É fascinante. "

p Embora a compreensão desse fenômeno ainda esteja em sua infância, tem o potencial de impactar o futuro da eletrônica, sistemas de detecção e detecção, e processamento de informações.

p "A empolgação neste momento é ser capaz de demonstrar potencialmente algo que as pessoas nunca pensaram que pudesse existir à temperatura ambiente antes, "Kar diz." E agora, o céu é o limite em termos de como podemos aproveitá-lo. "