(dr) OIST
Primeira e única imagem de um excitão
Uma equipa de cientistas conseguiu, pela primeira vez, criar a imagem da distribuição espacial de um eletrão dentro de um excitão.
Investigadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), no Japão, conseguiram capturar uma imagem inédita que mostra a órbita interna das partículas de um excitão. O feito é um importante avanço para a Ciência e demorou quase um século a acontecer.
Segundo o IFL Science, o excitão é um estado excitado da matéria, frequentemente encontrado em semicondutores, que se forma muito facilmente: um eletrão é libertado do seu átomo dentro de um semicondutor graças a um fotão energético, uma partícula de luz. O eletrão tem carga negativa e, ao ser removido, deixa um buraco com carga positiva.
Nem sempre o eletrão cai para o buraco. Quando tal acontece, começa a orbitar e cria um excitão.
Na mecânica quântica, é impossível saber a posição e o momento de uma partícula com precisão arbitrária. O melhor que se pode fazer é observar a distribuição de probabilidade e é precisamente isso que se vê na imagem: onde será encontrado o eletrão dentro do excitão.
“Os excitões são partículas realmente únicas e interessantes. São eletricamente neutros, o que significa que se comportam de maneira muito diferente em materiais de outras partículas, como eletrões. A sua presença pode realmente mudar a maneira como um material responde à luz“, explicou Michael Man, do OIST, em comunicado.
“Este trabalho aproxima-nos de uma compreensão completa da natureza dos excitões”, acrescentou o coautor do artigo científico, publicado a 21 de abril na Science Advances.
Apesar da sua importância nos semicondutores, estas quasipartículas são extremamente frágeis. É muito fácil separá-las e, em certos materiais, duram apenas uma minúscula fração de segundo.
Para conseguirem captar a imagem, os cientistas geraram excitões enviando um pulso de laser dentro de um semicondutor bidimensional. Esta classe de materiais tem apenas alguns átomos de espessura e abriga partículas mais robustas.
Assim que se formaram os excitões, a equipa usou um feixe de laser com fotões de energia ultra alta para os separar e “atirar” os eletrões para fora do material. Depois, mediram o ângulo e a energia dos eletrões à medida que “voavam”.
Desta forma, os cientistas conseguiram determinar o momento inicial do eletrão quando foi ligado a um buraco dentro do excitão. Estas medições demoraram algum tempo até estarem concluídas e exigiram extremo cuidado e um ambiente de baixa temperatura e baixa intensidade, para evitar o superaquecimento dos excitões.
