Ilustração de conceito de arte de material quântico exótico

Os pesquisadores descobriram um novo material quântico 2D, CeSiI, marcando a primeira instância de férmions pesados ​​em uma estrutura 2D. Esta descoberta dos cientistas de Uppsala e da Universidade de Columbia abre caminho para estudos avançados sobre fenômenos quânticos e o desenvolvimento de materiais com propriedades quânticas personalizadas.

Pesquisadores da Universidade de Uppsala, juntamente com outros colaboradores, descobriram um novo material quântico 2D em um estudo recente publicado em Natureza. Este material inovador é composto por camadas atomicamente finas de cério, silício e iodo (CeSiI), marcando a primeira instância de um material 2D com férmions pesados.

“Os elétrons no CeSiI se comportam como se tivessem até 100 vezes mais massa do que os elétrons nos materiais comuns. É por isso que são chamados de férmions pesados. O que há de mais especial no CeSiI é que esta massa efetiva é anisotrópica, que depende da direção em que os elétrons se movem nas camadas atômicas”, diz Chin-Shen Ong, um dos pesquisadores de Uppsala por trás do estudo.

Chin Shen Ong

Chin-Shen Ong, pesquisador do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Uppsala, Suécia. Crédito: Universidade de Uppsala

A pesquisa é uma colaboração entre pesquisadores em teoria dos materiais da Universidade de Uppsala e pesquisadores da Universidade Columbia nos Estados Unidos. Para os pesquisadores de materiais da Universidade de Uppsala, a principal questão era investigar teoricamente as propriedades quânticas dos elétrons no material.

Antecedentes e significado dos férmions pesados

Compostos de férmions pesados ​​são uma classe de materiais nos quais os elétrons interagem uns com os outros de maneira incomumente forte. Ao fazê-lo, coordenam os seus movimentos nas chamadas flutuações quânticas. Essa interação faz com que os elétrons se comportem como se tivessem até 100 ou 1.000 vezes mais massa do que os elétrons dos materiais comuns. Acredita-se que essas flutuações quânticas desempenhem um papel importante em uma série de fenômenos quânticos até então inexplicáveis, como a supercondutividade não convencional, onde uma corrente elétrica pode passar através de um material sem perda de energia, e o magnetismo.

Material quântico de estrutura cristalina semelhante a 2D

O novo material quântico, sintetizado no laboratório da Universidade de Columbia, é único, pois possui uma estrutura cristalina semelhante a 2D, com camadas finas de átomos claramente separadas. As camadas consistem em cério, silício e iodo (CeSiI) e são o primeiro exemplo de material 2D com férmions pesados. O estudo é liderado pela Universidade de Uppsala. Crédito: Chin-Shen Ong, Universidade de Uppsala

A pesquisa sobre materiais com férmions pesados ​​vem acontecendo há décadas, mas até agora o foco tem sido em materiais onde os átomos estão compactados em uma estrutura 3D. Já na década de 1970, pesquisadores da Universidade de Uppsala concentraram-se em materiais à base de cério, com grande sucesso.

No entanto, o novo material, sintetizado no laboratório da Universidade de Columbia, é único, pois possui uma estrutura cristalina semelhante a 2D, com separação clara, átomo-camadas finas. As camadas consistem em cério, silício e iodo (CeSiI) e são o primeiro exemplo de material 2D com férmions pesados.

“Com esta descoberta, temos agora uma plataforma de material significativamente melhorada para investigar estruturas eletrônicas correlacionadas. Os materiais 2D são como um kit de construção com peças de LEGO. Nossos parceiros já estão trabalhando na adição de camadas de outros materiais 2D para criar um novo material com propriedades quânticas personalizadas”, afirma Chin-Shen Ong.

Referência: “Férmions Pesados ​​Bidimensionais no Van der Waals Metal CeSiI” por Victoria A. Posey, Simon Turkel, Mehdi Rezaee, Aravind Devarakonda, Asish K. Kundu, Chin Shen Ong, Morgan Thinel, Daniel G. Chica, Rocco A (1999). , Allen Scheeie, Andrew Andrew F. May, Olle Eriksson, DN Basov, Cory R. Dean, Angel Rubio, Philip Kim, Michael E. Ziebel, Andrew J. Millis, Abhay N. Pasupathy e Xavier Roy, 17 de janeiro, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06868-x



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