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Física & Química

Pela primeira vez, físicos observam uma quasipartícula polaron

Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

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.

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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. 

Cristais de Perovskita. (Mindat.org / Wikimedia Commons)

“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. 

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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”.

A animação demonstra a deformação causada pela quasipartícula, que dura apenas alguns trilionésimos de segundo. (Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory)

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.

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É divulgador científico por paixão. Gradua-se em Física pela UFSCAR e atua principalmente na Ciencianautas e SoCientífica.

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