De acordo com um novo estudo publicado na revista científica Nature Physics, cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) conseguiram utilizar um conjunto de elétrons para entender como seria possível transmitir a 'energia perfeita'. Eles usaram uma nuvem de átomos de sódio ultrafrios para criar um fluxo que se move em círculos, sem resistência e em uma única direção.
Em um comunicado, os cientistas explicam que os elétrons são considerados 'agentes livres', pois podem se mover em qualquer direção e, ao encontrar um obstáculo, as partículas se espalham aleatoriamente. Contudo, existem alguns tipos de materiais exóticos que permitem aos elétrons fluírem em uma única direção, sem atrito e de forma rápida.
Como os elétrons costumam fluir nas bordas desses materiais, os cientistas denominaram o fenômeno como 'estado de borda'. Além disso, foi a primeira vez que eles conseguiram captar imagens de elétrons fluindo em uma nuvem de átomos ultrafrios. A ideia é utilizar essa técnica para entender como transmitir dados e energia de forma super eficiente.
A ilustração apresenta um fluido quântico de átomos em uma parede de laser verde.Fonte: Sampson Wilcox / MIT
"Você pode imaginar fazer pequenos pedaços de um material adequado e colocá-los dentro de dispositivos futuros, para que os elétrons possam se deslocar ao longo das bordas e entre diferentes partes do seu circuito sem nenhuma perda. Eu enfatizaria, porém, que, para nós, a beleza é ver com seus próprios olhos a física, que é absolutamente incrível, mas geralmente escondida em materiais e incapaz de ser vista diretamente", disse o coautor do estudo e professor assistente do MIT, Richard Fletcher.
‘Estado de borda’ dos elétrons
O 'estado de borda' foi investigado pela primeira vez em meados da década de 1980, quando um grupo de físicos estudava o efeito Hall quântico. Naquela época, eles observaram que as correntes enviadas através do material ficavam confinadas nas bordas, mas não conseguiram realizar experimentos adequados. Por isso, os cientistas do novo estudo recriaram essa ideia em um sistema maior, que pode ser facilmente observado.
O estudo também pode ajudar no avanço nas pesquisas de computadores quânticos.Fonte: Getty Images
Para realizar o experimento, os pesquisadores utilizaram aproximadamente um milhão de átomos de sódio resfriados a temperaturas ultrafrias, em uma armadilha controlada por laser. Enquanto a armadilha puxava os átomos para dentro, uma força centrífuga tentava empurrá-los para fora, mas ambas as forças se equilibram, criando um comportamento semelhante ao dos elétrons em um campo magnético.
Esse fluxo demonstra que a configuração dos átomos pode ser uma excelente opção para estudar os elétrons no 'estado de borda'. Teoricamente, os átomos deveriam colidir com os obstáculos, mas eles deslizaram sem atrito pelas bordas do material.
"Você pode imaginar que são como bolinhas de gude que você girou muito rápido em uma tigela, e elas continuam girando e girando ao redor da borda da tigela. Não há atrito e desaceleração, e nenhum átomo vazando ou se espalhando no resto do sistema. Há apenas um fluxo bonito e coerente", disse outro coautor do estudo, Martin Zwierlein.
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