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 Redação do Site Inovação Tecnológica – 20/04/2012

Elétron divide-se em duas novas partículas: spinon e orbiton

Concepção artística da divisão do elétron em duas novas partículas: um spinon, que nada mais é do que o spin do elétron original, e um orbiton, seu momento orbital.[Imagem: David Hilf/PSI]
Decaimento do elétron

Cientistas observaram pela primeira vez o terceiro elemento constituinte de um elétron.

Um elétron se comporta como uma onda e, quando recebe uma carga extra de energia, essa onda pode se dividir – isso significa que o elétron estará se decompondo em partes separadas.

Cada uma dessas “partes” carrega uma propriedade do elétron, constituindo o que os físicos chamam de quase-partícula – como o recém-descoberto férmion de Majorana.

Esta é a primeira vez que os momentos fundamentais do elétron, de rotação e orbital, foram observados separados um do outro.

Mas não é a primeira vez que o outrora “fundamental” elétron foi dividido: ele já foi separado em seus elementos spin e carga, neste caso gerando um spinon e um holon.

 Agora foi observada a terceira partícula, o orbiton, o momento orbital, que se origina do movimento do elétron em torno do núcleo. Estas partículas, no entanto, não conseguem deixar o material onde foram produzidas.

Spinon e orbiton

Todos os elétrons têm uma propriedade chamada “spin”, que pode ser vista como pequenos ímãs, em escala atômica o que dá origem ao magnetismo dos materiais.

O spin vem sendo explorado tecnologicamente, tanto na computação quântica quanto na spintrônica.

Além de girar, os elétrons orbitam em torno de núcleos atômicos, ao longo de caminhos determinados, os assim chamados orbitais eletrônicos.

Geralmente essas duas propriedades da física quântica (spin e orbital) estão “ligadas” a cada elétron em particular.

Contudo, em um experimento realizado no Instituto Paul Scherrer, na Alemanha, as duas propriedades foram separadas.

Elétron divide-se em duas novas partículas: spinon e orbiton

O desmembramento do elétron em duas quase-partículas foi detectado em um composto de óxido de cobre (Sr2CuO3).  [Imagem: Schlappa et al./Nature]

Não tão elementar

O desmembramento do elétron em duas quase-partículas foi detectado em um composto de óxido de cobre (Sr2CuO3).

Esse material tem a característica inusitada de que as partículas em seu interior são obrigadas a se mover apenas em uma direção, para frente ou para trás.

Usando raios X, os físicos forçaram alguns dos elétrons pertencentes aos átomos de cobre no Sr2CuO3 a passarem para orbitais de energia mais elevada, o que corresponde a um elétron se movimentando em torno do núcleo com maior velocidade.

Após esta estimulação com raios X, os elétrons dividiram-se em duas partes.

Uma das novas partículas criadas, o spinon, carrega a rotação do elétron, e a outra, o orbiton, a energia orbital ampliada pela estimulação com raios X.

Supercondutores

“Já se sabia há algum tempo que, em materiais específicos, um elétron pode, em princípio, se dividir,” comentou Jeroen van den Brink, um dos autores do experimento. “Mas até hoje não havia evidência empírica para essa separação em spinons e orbitons independentes. Agora que sabemos exatamente onde procurá-los, poderemos encontrar essas novas partículas em muitos outros materiais.”

A observação da divisão do elétron poderá ter implicações importantes no campo da supercondutividade de alta temperatura.

Devido a semelhanças entre o comportamento dos elétrons no Sr2CuO3 e nos supercondutores à base de cobre, entendendo como os elétrons decaem em outros tipos de partículas neste material pode ajudar a compreender também os supercondutores.

 Bibliografia:
Spin-Orbital Separation in the quasi 1D Mott-insulator Sr2CuO3 J. Schlappa, K. Wohlfeld, K. J. Zhou, M. Mourigal, M. W. Haverkort, V. N. Strocov, L. Hozoi, C. Monney, S. Nishimoto, S. Singh, A. Revcolevschi, J.-S. Caux, L. Patthey, H. M. Ronnow, J. van den Brink, T. Schmitt Nature Vol.: Advance Online Publication DOI: 10.1038/nature10974

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