Cientistas encontraram uma movimentação quântica muito estranha em elétrons que viajam entre camadas atômicas de três materiais. Ao invés de viajar da camada superior para a menor inferior pela camada intermediária, os elétrons simplesmente desapareciam da primeira e passavam diretamente para a terceira, sem passar pela segunda.
Este fenômeno bizarro poderia ser usado para criar novos materiais van der Waals, que combinam nanomateriais únicos para produzir novas propriedades úteis. Espera-se que no futuro eles estejam presentes nos eletrônicos e células solares.
“Van der Waals” é a força que permite que lagartixas andem nas paredes, batizada em homenagem ao cientista holandês Johannes Diderik van der Waals. Mas ela também descreve qualquer tipo de forças atrativas entre moléculas que não acontecem na tradicional forma de ligações iônicas ou covalentes.
De forma muito simples, a força de van der Waals é o resultado das atrações mecânicas entre partículas, ao invés da atração 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 como elétrons viajam através desses materiais van de Waals, e como resultado, quão úteis eles são para aplicações eletrônicas.
O experimento
Para descobrir isso, pesquisadores fizeram experimentos com materiais formados por três camadas 2D que se unem por atrações van der Waals.
As três camadas testadas foram MoS2 (dissulfeto de molibdênio), WS2 (sulfereto de tungstênio) e MoSe2 (seleneto de molibdênio), todos materiais semicondutores, o que significa que eles conseguem conduzir elétrons sem resistência.
Além disso, todos eles respondem à luz com cores diferentes. Isso significa que os pesquisadores podem usar lasers com cores diferentes para atingir apenas elétrons em cada uma das três camadas, sem interferir nas outras. Isso garantiu que eles pudessem acompanhar para onde os elétrons viajam no material.
Para colocar os elétrons em movimento, os pesquisadores usaram pulsos ultra-curtos de laser de apenas 100 femtossegundos (um milionésimo de um bilionésimo de segundo) para liberar elétrons da camada de MoS2, para que eles pudessem se mover livremente.
“A cor do pulso de laser foi escolhida para que apenas os elétrons da camada superior fossem liberados”, descreve o pesquisador principal, Hui Zhao, da Universidade de Kansas (EUA).
“Depois usamos outro pulso de laser com a cor certa para a camada inferior de MoS2, para detectar a aparição desses elétrons nesta camada. O segundo pulso foi arranjado para chegar na amostra 1 picossegundo depois do primeiro pulso”, explica ele. Um picossegundo é cerca de mil femtossegundos.
A equipe percebeu então que os elétrons se moviam da camada superior para a camada inferior em apenas 1 picossegundo. Para descobrir como eles estavam chegando lá tão rapidamente, eles usaram um terceiro pulso de laser com outra cor para monitorar a camada central.
O resultado foi que nenhum elétron passou por ali, desafiando a física tradicional.
“Se esses elétrons seguissem o ‘senso comum’ como as partículas clássicas fazem, eles deveriam passar pela camada do meio em algum momento neste picossegundo”, diz Zhao.
Para confirmar que não houve nenhum erro no experimento, o procedimento foi repetido em outro laboratório, por outra equipe, na Universidade de Nebraska-Lincoln (EUA). Os resultados foram exatamente iguais.
Isso é uma evidência de que este é um fenômeno quântico que permite que elétrons viajem entre camadas atômicas conectadas por forças de van der Waals.
Este é um ótimo sinal de que materiais van der Waals podem revolucionar os eletrônicos e o desenvolvimento de novos materiais.
A pesquisa foi publicada na revista Nano Letters.
// HypeScience
