Descoberta nova quasipartícula: o Dropleton

A gota quântica - dropleton - forma-se no interior de um semicondutor graças a um arranjo inusitado de elétrons (cargas negativas) e lacunas (cargas positivas). [Imagem: A. E. Almand-Hunter et al./Nature]

Líquido elétrico

Físicos descobriram uma nova quasipartícula que se forma no interior de materiais semicondutores.

O mais interessante é que a quasipartícula tem propriedades típicas de um líquido - uma espécie de "líquido elétrico", já que é formada por cargas elétricas positivas e negativas.

Quasipartículas são compostas de partículas mais elementares, geralmente surgem dentro de materiais sólidos e agem em conjunto de uma forma previsível.

O exemplo mais conhecido é o exciton, um emparelhamento de um elétron (negativo) e uma lacuna (positiva), um lugar na estrutura de energia do material onde deveria haver um elétron, mas não há.

A nova quasipartícula é um aglomerado de elétrons e lacunas, com a diferença de que, ao contrário do que ocorre nos excitons, os elétrons e lacunas não ficam pareados.

A quasipartícula tem propriedades típicas de um líquido, podendo até ter ondas. É uma espécie de "líquido elétrico", já que é formada por cargas elétricas positivas e negativas. [Imagem: Baxley/JILA]

Gota quântica

Os pesquisadores chamaram a quasipartícula de "gota quântica" porque ela tem características quânticas, como níveis de energia bem ordenados, mas também tem algumas das características de um líquido - ela pode ter ondas, por exemplo.

Mas ela tem também diferenças de um líquido comum, como a água, porque a gota quântica tem um tamanho finito - superado esse tamanho, a associação entre elétrons e lacunas desaparece.

Seguindo a nomenclatura padrão, a quasipartícula recebeu então o nome de dropleton, de droplet, gota em inglês.

Embora a vida útil do dropleton seja de fugazes 25 picossegundos (bilionésimos de segundo), a gota quântica é estável o suficiente para permitir estudos sobre a forma como a luz interage com a matéria.

"Quanto a benefícios práticos, ninguém vai construir uma geringonça usando gotas quânticas. Mas haverá benefícios indiretos em termos de melhorar a nossa compreensão de como os elétrons interagem em várias situações, inclusive em dispositivos optoeletrônicos," disse o professor Steven Cundiff, do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos Estados Unidos.

Dropleton

A nova quasipartícula foi criada disparando um laser ultrarrápido - cerca de 100 milhões de pulsos por segundo - sobre um semicondutor chamado arseneto de gálio.

Os pulsos inicialmente formam excitons, que viajam bem em semicondutores. Conforme a intensidade do pulso de laser aumenta, mais pares elétron-lacuna são criados.

Quando a densidade de excitons atinge um nível crítico, forma-se uma gota quântica, ou dropleton. Nesse ponto, o emparelhamento elétron-lacuna desaparece e uns poucos elétrons ocupam posições em torno de cada lacuna.

Assim, os elétrons com carga negativa, e as lacunas com carga positiva, criam uma gota que é aparentemente neutra.

De outro ponto de vista, os dropletons são como bolhas mantidas coesas brevemente pela pressão do plasma gerado pelo laser.

Fonte: Inovação Tecnológica