Os pesquisadores adaptaram o ARPES para trabalhar em campos magnéticos usando ímãs alternados em nanoescala que confinam os campos próximos a uma amostra, permitindo que os fotoelétrons viajem em linha reta.
(Notícias Nanowerk) Com uma tecnologia avançada conhecida como espectroscopia de fotoemissão com resolução de ângulo (ARPES)os cientistas são capazes de mapear a relação energia-momento do elétron de um materials, que codifica as propriedades elétricas, ópticas, magnéticas e térmicas do materials, como um DNA eletrônico. Mas a tecnologia tem as suas limitações; não funciona bem sob um campo magnético. Esta é uma grande desvantagem para os cientistas que desejam estudar materiais que são implantados ou mesmo acionados por campos magnéticos. Inspirados nos imãs de geladeira, uma equipe de pesquisadores de Yale pode ter encontrado uma solução.
O estudo deles foi destaque recentemente na capa da revista O Jornal de Cartas de Físico-Química (“Plataforma de metamaterial nanomagnético On-Chip Sub-tesla para espectroscopia de fotoemissão com resolução de ângulo”).
Materiais quânticos – como supercondutores não convencionais ou materiais topológicos – são considerados críticos para o avanço da computação quântica, da eletrônica de alta eficiência, da fusão nuclear e de outros campos. Mas muitos deles precisam ser usados na presença de um campo magnético, ou mesmo apenas serem ativados por campos magnéticos. Ser capaz de estudar diretamente a estrutura eletrônica desses materiais em campos magnéticos seria de grande ajuda para entender melhor como eles funcionam.
Normalmente, a tecnologia ARPES não consegue medir estruturas eletrónicas num campo magnético porque o campo magnético desvia os fotoelétrons da sua trajetória pure e faz com que se movam em círculos.
“Portanto, torna-se quase impossível reconstruir o comportamento dos elétrons no sólido com base no que nosso detector vê, “disse Yu He, professor assistente de física aplicada.” Tem sido um desafio de longa information medir diretamente estruturas eletrônicas sob um campo magnético. Sem isso, estamos essencialmente cegos para como os estados eletrônicos evoluem sob um campo magnético. ”
Acontece que a solução para este desafio científico de longa information estava escondida à vista de todos – colada nas portas de milhões de frigoríficos. Inspirando-se nos ímãs de geladeira comuns encontrados em lojas de presentes em todos os lugares, ele e sua equipe de pesquisa encontraram uma solução. Em vez de usar um ímã grande, os pesquisadores colocam a amostra em um substrato feito de muitos ímãs minúsculos de polaridades alternadas.
“Um imã de geladeira adere à porta da geladeira com muita força, mas se você retirá-lo só um pouquinho, essa interação atraente desaparece – essencialmente cai”, disse Wenxin Li, primeiro autor do artigo e Ph.D. estudante no laboratório de He. “De longe, o campo magnético decai muito rapidamente. Mas se ficarmos muito perto da superfície, o campo magnético é na verdade muito forte.”
Li explicou que o sistema deles restringe o campo magnético a apenas algumas dezenas de nanômetros acima do materials.
“E então cairá essencialmente para zero além disso”, disse Li. “E o elétron fotoemitido experimentará o campo magnético apenas por nanossegundos, então o campo magnético praticamente desaparecerá e o elétron continuará em linha reta.”
Esta estrutura magnética é semelhante a um pilar industrial conhecido como matriz Halbach, e ele disse que sua introdução ao estudo de materiais quânticos é uma aventura interdisciplinar fortuita com muitos colaboradores brilhantes.
“Nós nos perguntamos, como alguém poderia fazer matrizes semelhantes a Halbach em nanoescala? Bem, tínhamos um vizinho no centro de Becton – o grupo Schiffer – que é líder mundial nisso. Nós nos perguntamos, como podemos descobrir o campo magnético de superfície actual e colocar materiais quânticos em tal matriz? Nossos colegas do Boston Faculty e da Georgia Tech – o grupo Ma e o grupo Du – vieram em nosso socorro, “disse He. “Então, é claro, nossos colaboradores de longo prazo na Universidade Rice são indispensáveis para ajudar a determinar a trajetória do fotoelétron por meio de derivações analíticas elegantes.”
Os pesquisadores observaram que esta abordagem colaborativa foi basic para o avanço.
“Definitivamente, deve-se manter a mente aberta na pesquisa interdisciplinar – uma pedra de outra montanha pode se tornar o seu jade!” Ele disse.
No futuro, os pesquisadores dizem que seu método poderá abrir significativamente possibilidades de pesquisa em seu campo.
“Compreender o comportamento dos elétrons sob um campo magnético no passado period quase impossível com o ARPES”, disse ele. “Com este desenvolvimento, esperamos realmente que isso abra a porta para investigações eletrônicas diretas de muitos fenômenos eletrônicos induzidos por campo, como supercondutividade de banda plana e vórtices magnéticos.”