Eletrônica

Elétrons são flagrados com massa negativa

Elétrons em alta velocidade ficam com massa negativa
O pesquisador Wilhelm Kuehn alinha o equipamento onde foram feitos os experimentos que flagraram elétrons com massa negativa no interior de um cristal.[Imagem: Uwe Bellhäuser]

Físicos do Instituto Max Born, em Berlim, descobriram que elétrons no interior de cristais semicondutores têm uma massa inercial negativa quando são fortemente acelerados em um campo elétrico.

Força e aceleração

No século 17, Isaac Newton descobriu que uma força faz com que um corpo acelere. A massa inercial do corpo é determinada pela relação entre força e aceleração - assim, dada uma mesma força, um corpo mais leve é acelerado mais fortemente do que um corpo pesado.

Assim, partículas elementares, como os elétrons livres, que têm uma massa de apenas 10 elevado a -30 - ou 0, ... (29 zeros)... 1 kg - podem ser acelerados em campos elétricos a velocidades extremamente altas.

Se o campo elétrico for pequeno, o movimento dos elétrons no interior de cristais é regido pelas mesmas leis. Neste regime, a massa de um elétron no cristal é apenas uma pequena parte da massa de um elétron livre.

Elétron com massa negativa

O que pesquisadores agora demonstraram é que os elétrons nos cristais, quando submetidos a campos elétricos extremamente elevados, apresentam um comportamento completamente diferente.

Segundo os experimentos, a massa dos elétrons se torna até mesmo negativa!

Para obter esse resultado, eles aceleraram os elétrons até uma velocidade de 4 milhões de quilômetros por hora em um período e tempo extremamente curto de 100 femtossegundos = 0,000 000 000 000 1 segundo.

Como a massa de um corpo é positiva, a aceleração deve se dar sempre no mesmo sentido da força aplicada sobre ele.

Contudo, logo depois de ser acelerado, o elétron pára e então, inesperadamente, move-se para trás.

Isto significa que a aceleração está no sentido oposto à força, o que só pode ser explicado, segundo os físicos, por uma massa inercial negativa do elétron.

Clock de terahertz

Apesar de estranhos, os resultados estão de acordo com os cálculos feitos pelo Prêmio Nobel de Física Felix Bloch, mais de 80 anos atrás.

Segundo os físicos, a verificação experimental do fenômeno abre caminho para um novo regime de transporte de cargas elétricas, com grande impacto nos futuros dispositivos microeletrônicos.

As frequências observadas estão na faixa dos terahertz (1 THz = 1000 GHz = 10 elevado à potência 12 Hz), cerca de 1000 vezes superior à taxa de clock dos computadores mais modernos.

Bibliografia:

Coherent ballistic motion of electrons in a periodic potential
W. Kuehn, P. Gaal, K. Reimann, M. Woerner, T. Elsaesser, R. Hey
Physical Review Letters
Vol.: 104, 146602 (2010)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.146602




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