Cristais feitos só de elétrons são observados pela primeira vez

Um novo estudo publicado na Nature relata a descoberta e observação de um material exótico conhecido como cristal de Wigner, formado exclusivamente por elétrons. O artigo inclui imagens que confirmam, pela primeira vez, o sucesso da criação desse tipo material.

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Previsto pela primeira vez por Eugene Wigner na década de 1930, esses cristais seriam formados em condições especiais que dispensam prótons para formar átomos com elétrons em torno de um núcleo atômico.

Os elétrons são partículas fundamentais com carga negativa e, por isso, tendem a se repelir. Por isso, para a formação de átomos, os elétrons precisam ser atraídos ao redor de partículas de carga positiva — os prótons.

Sem prótons, os elétrons não podem se aproximar o suficiente para formar uma estrutura ordenada. Mesmo sob pressão, as partículas, que possuem energia cinética (se movimentam), se afastam umas das outras de modo caótico.

Contudo, Wigner previu que a repulsão entre elétrons poderia ser superada em uma rede ordenada, ou seja, cristalina. Muitos cientistas tentaram produzir este material em laboratório, alguns reivindicando sucesso, mas sem comprovação convincente.

Agora, finalmente, essa teoria foi confirmada mostrando que os elétrons podem, sim, se organizar em intervalos regulares e ordenados, sem a presença de nenhum próton. Os elétrons foram aprisionados em camadas semicondutoras com espessura de apenas alguns átomos.

Os autores também usaram átomos de carbono em duas folhas de grafeno para reduzir as chances de detectar um falso positivo, ou seja, um comportamento apenas semelhante ao do cristal de Wigner. Então, o experimento foi submetido a temperaturas próximas do zero absoluto e colocadas em um campo magnético.

Isso levou à formação de um gás de elétrons que, tendo sua densidade aumentada, apresentou uma transição para cristal ordenado. Para observar e confirmar o resultado, os cientistas usaram um microscópio de tunelamento com varredura sobre o material.

Por fim, os autores também descobriram vários fenômenos interessantes no cristal de Wigner, que vão exigir mais pesquisas. Eles vão tentar observar como o cristal faz a transição para outras fases líquidas exóticas de elétrons em interação em um campo magnético.

Fonte: Nature, Universidade de Princeton