Cientistas encontram finalmente nova forma de matéria – teorizada há 70 anos

O termo Excitonium foi cunhado na década de 1960, pelo físico teórico Bert Halperin. Agora, uma equipe de cientistas comprovou finalmente a existência desta nova forma de matéria.

Não se sabia se o Excitonium era um isolador, um condutor perfeito ou um superfluido. Os teóricos apresentaram ao longo do tempo argumentos que sustentavam as três teorias e, embora muitos experimentalistas tivessem publicado evidências da existência desta matéria desde a década de 1970, suas descobertas nunca foram uma prova definitiva.

“O resultado é de importância cósmica”, explica Peter Abbamonte, professor de física da Universidade de Illinois. O estudo, publicado pela revista Science, foi realizado no âmbito de uma colaboração entre cientistas das Universidades de Illinois e Califórnia, nos EUA, e Amesterdã, na Holanda.

Segundo o HypeScience, o Excitonium é uma forma condensada de matéria que exibe fenômenos quânticos macroscópicos, como um superfluido, e é composto por excitons – partículas que se formam em um emparelhamento mecânico quântico, como o de um elétron que escapou, deixando o buraco para trás.

O fenômeno é possível porque, nos semicondutores, os elétrons na borda de um nível de energia ficam excitados, saltando para o próximo nível de energia, deixando um “buraco” no nível anterior. Este orifício funciona como uma partícula carregada positivamente, atraindo o elétron com carga negativa que escapou.

Quando o elétron com carga negativa se alinha com o buraco, é formado um exciton – uma partícula composta, também chamada de bóson.

Para provar a existência de excitons, a equipe de cientistas estudou cristais dopados com disselenido (disseleneto) de titânio de dicalcogeneto (1T-TiSe2), um metal de transição.

Até agora, os cientistas não tinham ferramentas experimentais para distinguir se tratava-se de um excitonium ou de outro fenômeno, conhecido como a fase de Peierls. Embora não tenha relação com a formação de excitons, a fase de Peiersls e a condensação de excitons compartilham a mesma simetria e são semelhantes.

Usando a Espectroscopia de Perda de Energia Eletrônica (M-EELS), uma nova técnica desenvolvida pela própria equipe de cientistas, conseguiram ultrapassar este desafio e, pela primeira vez, medir as excitações coletivas das partículas, os elétrons emparelhados e os buracos, independentemente do impulso.

Descobrir o excitonium não era a motivação original para a pesquisa. A equipe pretendia testar o M-EELS em um cristal que estava prontamente disponível, mas nunca pensaram que tivessem em mão um resultado tão importante.

O resultado é fundamental para explicar outros mistérios da mecânica quântica, uma vez que o estudo dos fenômenos quânticos macroscópicos ajuda a moldar nossa compreensão da mecânica quântica.

Ciberia // HypeScience / ZAP

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