Os elétrons (azul) e as lacunas (vermelho) condensam-se em gotículas de líquido, semelhantes à água, no interior de materiais ultrafinos.[Imagem: UC Riverside]
Líquido eletrônico
Ao bombardear um sanduíche ultrafino feito de semicondutores com potentes pulsos de laser, físicos da Universidade da Califórnia criaram o primeiro líquido de elétrons a temperatura ambiente.
O líquido apresenta propriedades que se assemelham a líquidos comuns, como a água, exceto que ele é formado não de moléculas, mas de elétrons (cargas negativas) e lacunas (cargas positivas) dentro do semicondutor.
Líquido de cargas elétricas
Trevor Arp e seus colegas começaram com um sanduíche ultrafino do semicondutor ditelureto de molibdênio posto entre duas camadas de grafeno. A estrutura em camadas é apenas ligeiramente mais espessa do que a largura de uma única molécula de DNA. Eles então bombardearam o material com pulsos de laser super rápidos, medidos em quadrilionésimos de segundo.
"Normalmente, com semicondutores como o silício, a excitação a laser cria elétrons e suas lacunas carregadas positivamente, que se difundem e se espalham pelo material, que é como você define um gás," compara o professor Nathaniel Gabor.
Neste material, contudo, os pesquisadores detectaram a condensação dessas cargas elétricas no equivalente a um líquido.
"Estávamos aumentando a quantidade de energia que estava sendo despejada no sistema, e não vimos nada, nada, nada. Então, de repente, vimos a formação do que chamamos de 'anel de fotocorrente anômala' no material. Percebemos que era um líquido porque crescia como uma gota, em vez de se comportar como um gás," contou Gabor.
"O que realmente nos surpreendeu foi que tudo aconteceu a temperatura ambiente. Anteriormente, os pesquisadores que criaram esses líquidos com elétrons-lacunas só conseguiram fazê-lo em temperaturas mais frias do que no espaço profundo," acrescentou.
Raios T
As propriedades eletrônicas dessas gotas de elétrons permitirão o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos que operam com eficiência sem precedentes na região terahertz do espectro.
Por mais revolucionários que venham sendo considerados esses chamados "Raios T", ainda existe uma "lacuna terahertz" na tecnologia para a utilização dessa faixa do espectro eletromagnético. Explorar essa radiação a temperatura ambiente é essencial para preencher essa lacuna.
Assim, a produção desse líquido inusitado abre caminho para o desenvolvimento dos primeiros dispositivos práticos e eficientes para gerar e detectar luz em comprimentos de onda terahertz, entre a luz infravermelha e as micro-ondas, para aplicações tão diversas quanto comunicações no espaço exterior, detecção de câncer, análise não-destrutiva de materiais, celulares que enxergam através das paredes e muito mais.
A pesquisa também pode permitir a exploração da física básica da matéria em escalas infinitesimamente pequenas e ajudar a inaugurar uma era de metamateriais quânticos, cujas estruturas são projetadas em dimensões atômicas.
Bibliografia:
Electron-hole liquid in a van der Waals heterostructure photocell at room temperature
Trevor B. Arp, Dennis Pleskot, Vivek Aji, Nathaniel M. Gabor
Nature Photonics
DOI: 10.1038/S41566-019-0349-Y
FONTE: SITE INOVAÇÃO TECNOLOGICA
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