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Física & Química

Pela primeira vez, a geometria de um elétron foi mapeada

Cientistas revelaram o mapeamento de um único elétron em um átomo artificial.

Crédito: Camenzind et al., PRL, 2019

Se você já abriu um livro de ciências, provavelmente viu uma imagem de um átomo, com um aglomerado de prótons e nêutrons formando seu núcleo, em torno do qual gira um enxame de elétrons. Mas você provavelmente também sabe que todas essas partículas não possuem a forma de pequenas esferas, como geralmente representadas.

Até onde sabemos, os elétrons, na verdade, não têm uma ‘forma’ em si — ao contrário, eles são partículas pontuais ou estão se comportando como uma onda, que muda de forma dependendo de sua energia. Agora, pela primeira vez, os físicos revelaram o mapeamento de um único elétron em um átomo artificial.

A técnica envolve o uso de pontos quânticos, minúsculos cristais semicondutores em escalas nanométricas. Você pode ter ouvido falar da tecnologia de exibição de pontos quânticos, como os televisores QLED, mas eles são úteis para muito mais do que assistir aos Vingadores em alta definição.

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Eles também são chamados de átomos artificiais porque basicamente podem aprisionar elétrons e confinar seus movimentos em três dimensões, mantendo-os no lugar com campos elétricos. Esses elétrons aprisionados se comportam como elétrons ligados a um átomo e permanecem em locais específicos.

Usando um espectroscópio, os pesquisadores foram capazes de determinar os níveis de energia em um ponto quântico, observando como eles se comportam em campos magnéticos de força e orientação variadas.

Isso, por sua vez, permitiu que a equipe calculasse a forma da função de onda de um elétron dentro do ponto quântico, até escalas menores que um nanômetro.

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“Simplificando, podemos usar esse método para mostrar, pela primeira vez, como um elétron se parece”, disse o físico Daniel Loss, da Universidade de Basel.

Mas isso não foi tudo que eles fizeram. Ao sintonizar o campo elétrico, eles foram capazes de mudar a forma do movimento dos elétrons, controlando seus spins de maneira altamente direcionada e precisa.

Isso tem implicações tremendas para pesquisas e tecnologias futuras. Poderia desempenhar um papel na pesquisa de entrelaçamento quântico, já que o emaranhamento bem-sucedido requer que as funções de onda de dois elétrons sejam orientadas no mesmo plano. Ser capaz de controlar a forma da função de onda de um elétron pode ser muito benéfico.

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Quanto à tecnologia, a taxa de rotação de um elétron é uma candidata para o uso como um qubit, a menor unidade de informação em um computador quântico, mas somente se o spin puder ser controlado. Como esse spin é parcialmente dependente da geometria de um elétron, esse é um método potencial para atingir esse controle. [Science Alert]

A pesquisa foi publicada em dois artigos na revista Physical Review Letters e Physical Review B.

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Da Redação
Publicado por

A SoCientífica, abreviação para Sociedade Científica, nasceu em agosto de 2014 da vontade de decifrar as novidades no mundo científico e transmiti-las para uma sociedade que depende da ciência e tecnologia mas que sabe muito pouco sobre elas. Em um momento em que a desconfiança está se sobressaindo e novas ondas negacionistas de evidências surgem, a SoCientífica está empenhada em ajudar a trazer iluminação para a sociedade novamente.

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