Uma rede de ondas sonoras 3D cria os primeiros níveis de Landau totalmente planos, provando que eles podem existir além de duas dimensões
Os cientistas estudam como as ondas se movem em muitos sistemas, incluindo som, luz e até elétrons. Normalmente, as ondas se espalham e mudam à medida que viajam. Mas às vezes formam faixas planas, onde a onda não se espalha. É como deixar cair uma pedra num lago e não ver ondulações. Essas bandas planas são interessantes porque tornam as interações mais fortes e podem ser usadas para detecção ultraprecisa e coleta de energia. O desafio é que, em materiais 3D, os cientistas nunca foram capazes de fazer faixas que permanecessem perfeitamente planas em todos os lugares, elas sempre ficavam onduladas perto das bordas.
Em materiais 2D, entretanto, as bandas planas aparecem naturalmente como níveis de Landau. Esses são estados de energia fixos criados quando um campo magnético força os elétrons a entrarem em minúsculas órbitas circulares. Como os elétrons não podem se mover livremente, todos os estados nessa energia tornam-se perfeitamente planos. Mas estender esta ideia ao 3D tem sido extremamente difícil.
Neste trabalho, os pesquisadores encontraram uma maneira de contornar esse problema usando ondas sonoras em vez de elétrons. Eles construíram uma estrutura 3D especial que controla o som e, pela primeira vez, criaram um nível Landau 3D perfeitamente plano em todo o materials, não apenas no meio. As ondas sonoras são muito mais fáceis de manipular do que os elétrons, o que tornou o experimento possível.
Eles projetaram uma estrutura chamada rede de estado Fock, que produz naturalmente uma espécie de campo magnético sintético para o som. Ao contrário de um campo magnético regular, este é esférico, espalhando-se uniformemente em todas as direções. Este campo especial é o que mantém os níveis de Landau perfeitamente planos em 3D.
Este resultado encerra um debate de longa knowledge ao provar que níveis de Landau verdadeiramente planos podem existir em 3D. Melhor ainda, o mesmo método pode ser aplicado não apenas ao som, mas também à luz, aos eletrões e aos circuitos supercondutores, abrindo a porta a novas tecnologias que dependem de ressonâncias extremamente estáveis e de alta qualidade.
Quer saber mais sobre esse assunto?
Fases emergentes em bandas planas de grafeno por Saisab Bhowmik, Arindam Ghosh e Você Chandni (2024)