Nova propriedade da matéria poderá gerar novos componentes eletrônicos
Físicos conseguiram observar pela primeira vez a produção espontânea de coerência entre pares interligados de elétrons e lacunas - uma propriedade da matéria que poderá permitir que os semicondutores funcionem de forma mais eficiente ou mesmo apresentem comportamentos totalmente novos, abrindo a possibilidade de desenvolvimento de componentes eletrônicos ainda inexistentes.
Até hoje, a coerência somente havia sido observada quando induzida por "excitons". Agora, a equipe do Dr. Leonid Butov, da Universidade de San Diego, Estados Unidos, descobriu que, como a torcida em um estádio de futebol fazendo "olas", os pares de elétrons e lacunas podem adquirir coerência espontaneamente.
"O que é coerência e por que ela é tão importante?" diz Butov. "Para início de conversa, a física moderna nasceu com a descoberta de que todas as partículas na natureza também são ondas. A coerência significa que essas ondas estão todas em sincronia. A coerência espontânea da ondas da matéria é a razão por detrás dos mais incríveis fenômenos na natureza, como a supercondutividade e a geração de raios laser."
Um exemplo famoso de coerência espontânea de ondas de matéria é o condensado de Bose-Einstein, previsto por Einstein há mais de 80 anos. Essa nova forma de matéria foi observada experimentalmente pela primeira vez em 1995, o que valeu aos seus descobridores o Prêmio Nobel de Física de 2001.
"Excitons são partículas que podem ser criadas em semicondutores, em nosso caso, arseneto de gálio," explica Michael Fogler, outro pesquisador da equipe. Os excitons são criados dirigindo luz sobre o semicondutor. "A luz tira elétrons das órbitas atômicas que eles normalmente ocupam no interior do material. E isso cria um elétron livre negativamente carregado e uma lacuna positivamente carregada," diz Fogler.
A força da atração elétrica das cargas opostas mantém as duas partículas/onda juntas, formando um exciton, que passa a ter existência própria como uma partícula e não mais como um par elétron/lacuna. Mas esse comportamento é também a sentença de morte do exciton: eventualmente, elétron e lacuna se aniquilam mutuamente, gerando um fóton - um pulso de luz.
Para eliminar essa aniquilação, os cientistas separaram os elétrons e as lacunas em estruturas nanoscópicas, chamadas pontos quânticos. "Excitons no interior dessas nanoestruturas podem viver mil ou até um milhão de vezes mais do que em um semicondutor bruto comum," diz Butov. Isso permite que os excitons sejam produzidos em grande quantidade e utilizados para formar um gás.
É nesse gás de excitons que emerge a coerência espontânea. Mas, como o efeito acontece em temperaturas extremamente baixas, a nova propriedade da matéria ainda terá que ser bastante pesquisada antes que ele gere aplicações práticas.