Tornados, Quânticos em Semimetais podem Revolucionar a Eletrônica

Modelo de um tornado quântico no espaço de momento. (think-design/Jochen Thamm)

Físicos na Alemanha demonstraram que a inércia do elétron pode criar “tornados” dentro de um semimetal quântico, revelando uma nova camada de complexidade no movimento do elétron.

Os elétrons raramente ficam parados, e seus movimentos podem assumir formas inesperadas. No arsenieto de tântalo, um material quântico, os pesquisadores descobriram que os elétrons formam vórtices — não no espaço físico, mas no espaço de momento, um reino quântico que descreve sua energia e direção em vez de sua localização.

Embora vórtices semelhantes tenham sido observados no espaço real, esta é a primeira vez que eles foram mapeados no espaço de momento. Usando espectroscopia de fotoemissão com resolução de ângulo (ARPES), a equipe mediu os momentos dos elétrons e compilou instantâneos 2D em um modelo 3D, muito parecido com uma tomografia computadorizada. A imagem final revelou um padrão de vórtice impressionante.

Mapeando Tornados Quânticos: como o ARPES Revela Vórtices de Elétrons no Espaço de Momento

“O ARPES nos permite extrair elétrons de um material, medir sua energia e ângulo e visualizar diretamente sua estrutura no espaço de momento”, explicou Maximilian Ünzelmann, físico experimental da Universidade de Würzburg. Ao refinar a técnica, os pesquisadores conseguiram medir o momento angular orbital e confirmar a presença de tornados quânticos.

Esta descoberta pode abrir caminho para uma nova classe de dispositivos eletrônicos. Um campo chamado “orbitrônica” pode aproveitar esses movimentos de elétrons torcidos para transportar informações, potencialmente complementando a spintrônica, que depende do spin do elétron. Pesquisas futuras podem levar a eletrônicos mais eficientes e tecnologias inteiramente novas.

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