RAMBO do laboratório de arroz revela influência inesperada na estrutura cristalina do composto – ScienceDaily | Entretanto
RAMBO do laboratório de arroz revela influência inesperada na estrutura cristalina do composto – ScienceDaily
Os fônons são vibrações atômicas coletivas, ou quasipartículas, que atuam como os principais transportadores de calor em uma rede cristalina. Sob certas circunstâncias, suas propriedades podem ser modificadas por campos elétricos ou luz. Mas até agora, ninguém notou que eles também podem responder a campos magnéticos.
Isso pode ser porque é preciso um ímã poderoso.
Cientistas da Rice University liderados pelo físico Junichiro Kono e pelo pesquisador de pós-doutorado Andrey Baydin desencadearam o efeito inesperado em um cristal semicondutor totalmente não magnético de chumbo e telúrio (PbTe). Eles expuseram a pequena amostra a um forte campo magnético e descobriram que podiam manipular o modo de fônon óptico "suave" do material.
Ao contrário dos fônons acústicos que podem ser entendidos como átomos que se movem em sincronia, produzem ondas sonoras e influenciam a condutividade térmica de um material, os fônons ópticos são representados por átomos vizinhos que oscilam em direções opostas e podem ser excitados pela luz. Daí a etiqueta "óptica".
Experimentos revelaram o dicroísmo circular magnético fonônico do material, um fenômeno pelo qual campos magnéticos canhotos excitam fônons destros e vice-versa, sob campos magnéticos relativamente baixos (9 Tesla). (Em comparação, um ímã de geladeira é 5 miliTesla, ou 45.000 vezes mais fraco.)
Bombear o campo para 25 Tesla levou a amostra à divisão de Zeeman, na qual as linhas espectrais se separam como a luz através de um prisma, mas em um campo magnético, uma característica crítica em dispositivos de ressonância magnética nuclear. As linhas também exibiram uma mudança geral com o campo magnético. Eles relataram que esses efeitos eram muito mais fortes do que o esperado pela teoria.
"Este trabalho revela uma nova maneira de controlar os fônons", disse Kono sobre o estudo, que aparece em Cartas de Revisão Física. "Ninguém esperava que os fônons pudessem ser controlados por um campo magnético, porque os fônons geralmente não respondem a campos magnéticos, a menos que o cristal seja magnético".
A descoberta foi possível graças ao RAMBO (o Rice Advanced Magnet with Broadband Optics), um espectrômetro de mesa no laboratório de Kono que permite que os materiais sejam resfriados e expostos a campos magnéticos elevados. Atingir a amostra com lasers permite aos pesquisadores rastrear o movimento e o comportamento de elétrons e átomos dentro do material.
Nesse caso, os átomos alternados reagem de forma diferente sob o conjunto de condições – baixa temperatura, magnetizado e desencadeado por ondas terahertz – impostas pelo RAMBO. O espectrômetro detecta a absorção de luz polarizada pelos fônons.
"O campo magnético força esses íons a oscilar em uma órbita circular", disse o coautor Baydin, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Kono. "O resultado é que o momento magnético efetivo desses fônons é muito grande.
"Não há interações ressonantes entre fônons e elétrons em campos magnéticos altos, então é impossível que os elétrons tenham causado a resposta magnética dos fônons", disse ele. "O que é surpreendente é que os próprios fônons parecem estar respondendo diretamente ao campo magnético, que as pessoas não tinham visto antes e não achavam que fosse possível".
Kono disse que as aplicações da descoberta ainda não foram vistas, mas ele suspeita que seja de interesse para os tecnólogos quânticos. "Acho que essa descoberta surpreendente tem implicações de longo prazo na fonônica quântica, porque agora há uma maneira de controlar os fônons usando um campo magnético", disse ele.
Felix Hernandez da Universidade de São Paulo, Brasil, e Martin Rodriguez-Vega do Laboratório Nacional de Los Alamos são co-autores principais do artigo. Os coautores são Anderson Okazaki, Paulo Rappl e Eduardo Abramof do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São Paulo, Brasil; o estudante de pós-graduação em física aplicada Fuyang Tay e o ex-aluno Timothy Noe da Rice; Ikufumi Katayama e Jun Takeda da Yokohama National University, Japão; Hiroyuki Nojiri da Universidade de Tohoku, Japão; e Gregory Fiete da Northeastern University e do Massachusetts Institute of Technology.
Kono é o professor Karl F. Hasselmann em Engenharia e professor de engenharia elétrica e de computação, de física e astronomia e de ciência de materiais e nanoengenharia.
A pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional de Ciência (1720595), Bolsa Colaborativa Brasil@Rice, Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (2015/16191-5, 2018/06142-5) e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (307737/2020). -9), o Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido pelo Laboratório de Los Alamos, o Departamento de Energia dos EUA e a Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (20H05662).
Materiais fornecido por Universidade do Arroz. Original escrito por Mike Williams. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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