Energia

Elétron sozinho inverte direção de supercorrente elétrica

Elétron superpoderoso

Acostumados com as lições já bem fundamentadas da mecânica clássica, mesmo os cientistas se espantam com os comportamentos inusitados revelados pela mecânica quântica.

Agora eles descobriram que um único elétron é capaz de dirigir o fluxo de uma supercorrente, viajando em materiais supercondutores. Uma supercorrente consiste na movimentação simultânea de bilhões de elétrons.

Elétron sozinho inverte direção de supercorrente elétrica

Os cientistas da Universidade Delft e da empresa Philips, ambas na Holanda, juntamente com colegas italianos, conseguiram construir uma ponte entre dois contatos supercondutores utilizando um nanofio de material semicondutor - observe a capacidade de transmissão: semicondutor - condutor - supercondutor.

Uma minúscula seção do nanofio, medindo cerca de 70 nanômetros, funciona como um ponto quântico, uma espécie de armadilha que mantém confinado um pequeno número de elétrons. Os cientistas demonstraram que a supercorrente - uma corrente elétrica que flui sem resistência - consegue trafegar pelo ponto quântico feito de material apenas semicondutor.

Mais ainda, eles demonstraram que a direção da supercorrente elétrica pode ser revertida adicionando-se um único elétron ao ponto quântico.

Supercondutores

Nos supercondutores, os elétrons viajam em duplas, conhecidas como pares de Cooper, graças à existência de uma forte atração entre eles. Embora já se soubesse que uma supercorrente consegue fluir através de pequenas pontes feitas com materiais que não são supercondutores, os pesquisadores agora mostraram que essa corrente se comporta de uma forma totalmente diferente quando a conexão entre os materiais supercondutores é feita por um ponto quântico.

Ao invés de trafegarem como pares de Cooper, os dois elétrons de cada par se separam, passando um de cada vez pelo ponto quântico e juntando-se novamente no outro lado.

Essa movimentação um-a-um é uma conseqüência da forte repulsão eletrostática existente entre os elétrons, que possuem sempre a mesma carga (negativa). Para minimizar o custo de energia, os elétrons do par de Cooper acham mais conveniente passar através do minúsculo ponto quântico um de cada vez.

Átomos artificiais

Elétron sozinho inverte direção de supercorrente elétrica

A maior surpresa veio quando os cientistas descobriram que, adicionando um único elétron ao ponto quântico, a corrente toma a direção inversa. Segundo eles, esse efeito impressionante deve-se justamente à forma como a mecânica quântica rege o comportamento do ponto quântico.

Da mesma forma que os elétrons nos átomos, os elétrons nos pontos quânticos movem-se em órbitas fechadas, próximas entre si, mas de níveis de energia bem definidos. É por isso que os cientistas às vezes chamam os pontos quânticos de átomos artificiais.

Estas órbitas dão aos elétrons a rota para que eles passem de um lado para o outro do ponto quântico. A direção da supercorrente elétrica que tenta atravessar o ponto quântico depende justamente dessas órbitas. Ao se adicionar um único elétron, ele muda o equilíbrio do átomo artificial, alterando as órbitas de todos os elétrons. Isto faz com que a corrente passe a fluir no sentido contrário.

Bibliografia:

Supercurrent reversal in quantum dots
Jorden A. van Dam, Yuli V. Nazarov, Erik P. A. M. Bakkers, Silvano De Franceschi, Leo P. Kouwenhoven
Nature
10 Aug 2006
Vol.: 442, 667-670
http://www.nature.com/nature/journal/v442/n7103/full/nature05018.html




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