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 equipa 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, as suas descobertas nunca foram uma prova definitiva.

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

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

Este fenómeno é possível porque, nos semicondutores, os eletrões 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 eletrão com carga negativa que escapou.

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

Para provar a existência de excitões, a equipa 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 se tratava de um excitonium ou de um outro fenómeno, conhecido como a fase de Peierls. Embora não tenha relação com a formação de excitões, a fase de Peiersls e a condensação de excitões compartilham a mesma simetria e são semelhantes.

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

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

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

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