Em um novo estudo publicado no periódico Nature Materials, no SLAC National Accelerator Laboratory, da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, físicos observam uma quasipartícula polaron pela primeira vez. Mas o que exatamente isso significa e qual a importância desse trabalho?
As partículas não são coisas objetivas – ou seja, não são pequenas esferas, como tendemos a imaginar. Na verdade, a descrição delas é muito mais complexa. As partículas são descritas não só como partículas, mas como ondas. Podemos descrever os elétrons, por exemplo, com o que chamamos na física de função de onda.
Físicos observam uma quasipartícula polaron – e daí?
Já que as partículas não são algo objetivo, como uma bola de bilhar, não pode haver interferências que se assemelham a essas partículas? Sim, e é mais ou menos isso que são as quasipartículas. Da interação entre as partículas de um sistema, geralmente surgem alguns fenômenos que se assemelham muito a partículas, mas são uma “ilusão”. Elas surgem por uma pequeníssima fração de segundo e desaparecem.
E com a palavra ‘interferência’, não as considerem como algo ruim. Há aplicações para as quasipartículas em diversas áreas da física. Nesse caso, há uma aplicação extremamente prática.
Os físicos observam a quasipartícula polaron em um material híbrido de perovskita e chumbo. Descoberta no século XIX na Rússia, a perovskita é um mineral composto por óxido de cálcio e titânio. Ultimamente, os cientistas têm estudado seriamente a sua utilização em placas solares, e a perovskita vem apresentando ótimos resultados. Com esse novo estudo, os pesquisadores pretendem ajudar no desenvolvimento dessa nova tecnologia. Os polarons trarão algumas respostas importantes.
“Esses materiais tomaram o campo da pesquisa de energia solar como uma tempestade por causa de sua alta eficiência e baixo custo, mas as pessoas ainda discutem por que eles funcionam”, disse em um comunicado Aaron Lindenberg, pesquisador do Instituto de Stanford para Materiais e Ciências da Energia (SIMES) do SLAC. “A ideia de que polarons podem estar envolvidos existe há alguns anos. Mas nossos experimentos são os primeiros a observar diretamente a formação dessas distorções locais, incluindo seu tamanho, forma e como evoluem”.
Observando as quasipartículas
Para o estudo, os pesquisadores utilizaram um equipamento chamado Linac Coherent Light Source (LCLS). Ele é um poderoso laser de raios-x que funciona por meio da liberação de elétrons livres. O instrumento produz imagens extremamente precisas e capta pequenas e rápidas variações.
Os cientistas, então, apontaram o instrumento para os cristais híbridos de perovskita e chumbo.
“Quando você coloca uma carga em um material atingindo-o com a luz, como acontece em uma célula solar, os elétrons são liberados e esses elétrons livres começam a se mover ao redor do material” diz o pesquisador Burak Guzelturk, do Laboratório Nacional de Argonne. “Logo eles são cercados e engolfados por uma espécie de bolha de distorção local – o polaron – que viaja junto com eles”.
Com o experimento, os cientistas conseguiram, então, modelar a distorção. Portanto, com esses dados e novos experimentos futuros, eles poderão entender mais sobre o pouco conhecido funcionamento fotovoltaico da perovskita. Mas ainda há muito trabalho pela frente.
