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Jun 05, 2023

Novo estado da matéria descoberto usando cristais ultradensos

Ao lançar um forte feixe de luz através de dois compostos químicos, os cientistas descobriram um novo estado único da matéria feito de partículas chamadas excitons. Físicos descobriram um novo estado exótico

Ao lançar um forte feixe de luz através de dois compostos químicos, os cientistas descobriram um novo estado único da matéria feito de partículas chamadas excitons.

Os físicos descobriram um novo estado exótico da matéria que assume a forma de um cristal altamente ordenado de partículas subatômicas. O novo estado da matéria, chamado de “isolante correlacionado bosônico”, pode levar à descoberta de muitos novos tipos de materiais exóticos feitos de matéria condensada, segundo os pesquisadores, que detalharam seus resultados em um estudo publicado em 11 de maio na revista Science. .

As partículas subatômicas podem ser separadas em duas categorias: férmions e bósons. As principais diferenças entre os dois são como eles giram e como interagem entre si.

Os férmions, como elétrons e prótons, são frequentemente considerados os blocos de construção da matéria porque constituem átomos e são caracterizados por seu spin meio inteiro. Dois férmions idênticos não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo.

Os bósons, por outro lado, carregam força – como os fótons ou pacotes de luz – e são considerados a cola do universo, unindo as forças fundamentais da natureza. Essas partículas têm spins inteiros e vários bósons podem estar no mesmo lugar ao mesmo tempo.

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"Os bósons podem ocupar o mesmo nível de energia; os férmions não gostam de ficar juntos", disse em comunicado o autor principal do estudo, Chenhao Jin, físico de matéria condensada da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara. “Juntos, esses comportamentos constroem o universo como o conhecemos.”

Mas há um caso em que dois férmions podem se tornar um bóson: se um elétron com carga negativa for preso a um “buraco” com carga positiva em um férmion diferente, ele formará uma partícula bosônica conhecida como “exciton”.

Para ver como os excitons interagem entre si, os pesquisadores colocaram uma rede de dissulfeto de tungstênio sobre uma rede semelhante de disseleneto de tungstênio em um padrão sobreposto chamado moiré. Em seguida, eles lançaram um forte feixe de luz através das redes – um método conhecido como “espectroscopia bomba-sonda”. Essas condições uniram os excitons até que ficassem tão densamente compactados que não pudessem mais se mover, criando um novo estado cristalino simétrico com carga neutra – um isolante bosônico correlacionado.

"Convencionalmente, as pessoas dedicam a maior parte de seus esforços para entender o que acontece quando você junta muitos férmions", disse Jin. "O principal objetivo do nosso trabalho é que basicamente criamos um novo material a partir da interação de bósons."

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Os investigadores disseram que esta é a primeira vez que este novo estado da matéria foi criado num sistema de matéria “real”, em oposição aos sistemas sintéticos, proporcionando assim uma nova visão sobre o comportamento dos bósons. Além disso, os métodos que a equipa utilizou para descobrir este novo estado da matéria poderão ajudar os cientistas a criar novos tipos adicionais de materiais bosónicos.

“Sabemos que alguns materiais têm propriedades muito bizarras”, disse Jin. "E um dos objetivos da física da matéria condensada é entender por que eles têm essas propriedades ricas e encontrar maneiras de fazer com que esses comportamentos sejam mais confiáveis."

Esta história foi publicada originalmente no Live Science.

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