Frank Ceballos / Universidade do Kansas
Cientistas descobriram uma movimentação quântica muito estranha ao observarem electrões que viajam entre orbitais atómicas de três materiais. Em vez de viajarem da camada superior para a camada intermédia, esses electrões passaram directamente para a terceira, sem passar pela segunda.
Este fenómeno bizarro poderia ser usado para criar novos materiais Van der Waals, que combinam nanomateriais únicos para produzir novas propriedades úteis.
A força Van der Waals, assim chamada em homenagem ao cientista holandês Johannes Diderik van der Waals, é o que permite que as lagartixas andem pelas paredes – e também descreve qualquer tipo de forças de atracção entre moléculas que não acontecem sob a forma tradicional de ligações iónicas ou covalentes.
De uma forma simples, a força de Van der Waals é o resultado das atracções mecânicas entre partículas, em vez da atracção comum entre partículas positivas e negativas.
Há poucos anos, cientistas começaram a usar essas forças para criar novos materiais ao empilhar estruturas 2D diferentes sem ligações normais. Até agora, sabe-se muito pouco sobre a forma como os electrões viajam através desses materiais Van de Waals, e quão úteis são para aplicações electrónicas.
A experiência
Para descobrir isso, os especialistas realizaram experiências com materiais compostos por três camadas 2D que se unem por atrações Van der Waals.
As três camadas testadas foram o MoS2 (bissulfeto de molibdénio), o WS2 (sulfureto de tungsténio) e o MoSe2 (seleneto de molibdénio), todos materiais semicondutores, o que significa que conseguem conduzir electrões sem resistência.
Além disso, os materiais supercondutores respondem à luz com cores diferentes, o que significa que os especialistas podem usar lasers com cores diferentes para atingir apenas electrões em cada uma das três camadas, sem interferir nas outras. Isso permitiu que pudessem observar para onde é que os electrões viajam no material.
Para colocar os electrões em movimento, os cientistas usaram impulsos ultra-curtos de laser de apenas 100 femtossegundos (um milionésimo de um bilionésimo de segundo) para libertar electrões da camada de MoS2.
“A cor do impulso de laser foi escolhida para que apenas os electrões da camada superior fossem libertados”, descreve Hui Zhao, da Universidade de Kansas (EUA).
“Depois usámos outro impulso de laser com a cor certa para a camada inferior de MoS2, para detectar o aparecimento desses electrões nesta camada. O segundo impulso foi realizado para atingir a amostra 1 picossegundo – cerca de mil femtossegundos – depois do primeiro impulso”, explica o especialista.
A equipa concluiu que os electrões se movimentavam da camada superior para a camada inferior em apenas 1 picossegundo.
Para descobrir como é que tal situação estava a acontecer, os cientistas usaram um terceiro impulso de laser com outra cor para monitorizar a camada central – e descobriram que nenhum elétrão passou por ela, desafiando a física tradicional.
“Se esses electrões seguissem o senso comum como as partículas clássicas fazem, deveriam passar pela camada central, neste picossegundo”, diz Zhao.
Para confirmar que não houve nenhum erro na experiência, o procedimento foi repetido por outra equipa, na Universidade de Nebraska-Lincoln, nos EUA, e os resultados foram exactamente iguais.
De acordo com o estudo publicado na revista Nano Letters, este é um óptimo sinal de que os materiais Van der Waals podem revolucionar as tecnologias e permitir o desenvolvimento de novos materiais.
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Não sou especialista, mas parece-me o bem conhecido efeito túnel.
Este efeito é utilizado comercialmente nos díodos de efeito túnel, e outros.