O controle elétrico da temperatura ambiente pode aquecer o desenvolvimento tecnológico futuro #ÚltimasNotícias

UNIVERSITY PARK, Pensilvânia – Um antigo fenômeno físico, conhecido como efeito Hall, revelou alguns novos truques, de acordo com uma equipe co-liderada por pesquisadores da Penn State e do Massachusetts Institute of Technology (MIT). Eles relataram suas descobertas, que disseram ter implicações potenciais para a compreensão da física fundamental dos materiais quânticos e para o desenvolvimento de tecnologias aplicadas, como comunicação quântica e coleta de energia por meio de radiofrequências, esta semana (21 de outubro) na Nature Materials.

O efeito Hall convencional ocorre apenas em condutores elétricos ou semicondutores na presença de um campo magnético. É caracterizada por uma tensão recém-formada, chamada tensão Hall, que pode ser medida perpendicularmente à corrente e é diretamente proporcional à corrente aplicada.

No entanto, o efeito Hall não recíproco recentemente descoberto não requer um campo magnético. Descoberto por equipes lideradas por Zhiqiang Mao, professor de física, ciência e engenharia de materiais e de química na Penn State, e Liang Fu, professor de física no MIT, esse efeito é denotado por uma relação entre a tensão Hall e a corrente aplicada que pode ser descrito matematicamente: A tensão Hall é sempre proporcional ao quadrado da corrente. Eles fizeram a descoberta em microestruturas compostas por nanopartículas texturizadas de platina depositadas em silício.

Ao contrário do efeito Hall convencional, que é impulsionado por uma força induzida pelo campo magnético, o efeito Hall não recíproco surge do fluxo de elétrons de condução – que são partículas que carregam a carga elétrica – interagindo com as nanopartículas texturizadas de platina.

“Neste trabalho, relatamos a primeira observação de um efeito Hall não recíproco colossal à temperatura ambiente”, disse Mao, explicando que pronunciadas dispersões geométricas assimétricas das nanopartículas de platina texturizadas permitiram a observação. “Também demonstramos a aplicação potencial desse efeito para mistura de frequência de banda larga e detecção de microondas sem fio. Isso ressalta o vasto potencial da utilização de dispositivos Hall não recíprocos para comunicação em terahertz, geração de imagens e coleta de energia.”

O trabalho depende da compreensão de como os elétrons podem se espalhar assimetricamente ao interagir com partículas assimétricas em um material. Este processo resulta numa violação da lei de Ohm, um princípio fundamental descrito pelo físico Georg Ohm em 1827, que afirma que a corrente através de um condutor é proporcional à tensão aplicada. Segundo esta lei, a tensão Hall deve ser zero na ausência de campo magnético. No entanto, disse Mao, uma tensão Hall não recíproca que aumenta quadraticamente com a corrente em nanopartículas de platina texturizadas em campo magnético zero desafia esse princípio.

Segundo Mao, a descoberta é ainda mais interessante porque, normalmente, as investigações destes comportamentos requerem temperaturas inferiores a 280 graus Fahrenheit. Porém, neste estudo, a estrutura assimétrica das nanopartículas de platina depositadas parece gerar o efeito Hall não recíproco mesmo à temperatura ambiente. O trabalho pode ter aplicações potenciais em tecnologias como retificação quântica, ou conversão de correntes alternadas em corrente contínua, e fotodetecção, que envolve a produção de sinais elétricos a partir da luz, disse Mao.

“Esta descoberta aprofunda a nossa compreensão do transporte de carga em materiais”, disse Mao, enfatizando que a chave para a presença do efeito Hall não recíproco em nanopartículas de platina texturizadas é a dispersão assimétrica de electrões. “Esta assimetria revela características irregulares no que de outra forma seria uma paisagem uniforme, e é nestas áreas que temos maior probabilidade de descobrir novos insights.”

Os coautores afiliados à Penn State incluem Lujin Min, que era estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais na época da pesquisa e agora é pós-doutorado associado na Universidade Cornell; Seng Huat Lee, professor assistente de pesquisa no Instituto de Pesquisa de Materiais (MRI); Yu Wang, técnico de pesquisa do 2D Crystal Consortium da MRI; Sai Venkata Gayathri Ayyagari, estudante de pós-graduação em ciência e engenharia de materiais; Leixin Miao, que era estudante de doutorado na época da pesquisa e agora é engenheiro de desenvolvimento de rendimento na Intel; e Nasim Alem, professor associado de ciência e engenharia de materiais. Yang Zhang, Yugo Onishi e Liang Fu, Departamento de Física, MIT; e Zhijian Xie, da Universidade Técnica e Agrícola da Carolina do Norte, também colaboraram no estudo.

Penn State, a Fundação Nacional de Ciência dos EUA, o Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA e o Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA através do Instituto de Nanotecnologias de Soldados, a Fundação David e Lucile Packard e a Bolsa Funai Overseas ajudaram a apoiar esta pesquisa.