Vórtex de elétrons é flagrado em folha de grafeno

Cientistas conseguiram rastrear o movimento de elétrons na forma de um vórtex em uma folha de grafeno, graças a um sensor de campo magnético quântico extremamente sensível. Embora esse comportamento fosse esperado no grafeno, ainda não havia sido observado diretamente em laboratório.

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O grafeno é formado por uma camada única de átomos de carbono dispostos em uma no formato de favo de mel. Suas propriedades condutoras incríveis ocorrem porque as colisões entre elétrons são quase completamente livres de “impurezas”, com as partículas agindo semelhante a um líquido viscoso.

Cientistas cogitaram que, por suas propriedades “viscosas”, o grafeno deveria também apresentar fenômenos de fluxo como vórtices. Para confirmar essa hipótese, seria necessário observar o movimento dos elétrons em uma camada de grafeno, o que só poderia ser feito em instrumentos especiais.

Uma equipe do ETH Zurique usou um magnetômetro de varredura em nanoescala — um microscópio de sonda de varredura de última geração capaz de analisar campos magnéticos quânticos em alta resolução. O instrumento é tão sensível que, diferente de outras técnicas, não foi necessário resfriar o grafeno para acompanhar o movimento dos elétrons.

Os autores prepararam o experimento em pequenos discos anexados em uma tira condutora de grafeno com apenas um micrômetro de largura. Os discos tinham diferentes diâmetros, variando entre 1,2 e 3 micrômetros, para que alguns aspectos da teoria fossem testados.

Como resultado, a equipe observou os vórtices por meio do rastreamento dos campos magnéticos gerados no movimento dos elétrons. Os sinais eram de acordo com a previsão teórica: os vórtices estavam presentes apenas nos discos menores. Além disso, o fluxo dentro do disco era invertido em relação ao transporte normal (sem o vórtice) de elétrons.

Essa área de pesquisa é muito inicial e ainda há muito o que ser investigado, como o comportamento de fluxo nas colisões dos elétrons com as fronteiras do grafeno. Por outro lado, o novo método de detecção com o magnetômetro do ETH Zurique se mostrou promissor para observar muitos efeitos exóticos do transporte de elétrons.

O artigo da pesquisa foi publicado na Nature.

Fonte: ETH Zurich, Nature