Pesquisadores da TU Wien descobriram que elétrons escapando de materiais sólidos requerem estados de 'porta' específicos além de apenas energia suficiente, resolvendo anomalias experimentais de longa data. Essa descoberta, publicada em Physical Review Letters, explica variações na emissão de elétrons de materiais em camadas como o grafeno. A visão abre novas possibilidades para engenharia de materiais avançados.
Elétrons em materiais sólidos podem ganhar energia extra, como de impactos por outros elétrons, potencialmente permitindo que se libertem. Esse processo sustenta muitas tecnologias, mas tem intrigado cientistas por décadas devido a discrepâncias entre teoria e experimentos. Anna Niggas, primeira autora do Instituto de Física Aplicada da TU Wien, observa: 'Sólidos dos quais elétrons relativamente lentos emergem desempenham um papel chave na física. Das energias desses elétrons, podemos extrair informações valiosas sobre o material.'
Modelos tradicionais assumiam que qualquer elétron com energia suficiente escaparia, mas observações mostravam o contrário. Por exemplo, estruturas de grafeno com números variados de camadas exibiam energias internas de elétrons semelhantes, mas comportamentos de emissão diferentes. Prof. Richard Wilhelm, chefe do grupo de Física Atômica e de Plasma da TU Wien, explica: 'Pode-se assumir que todos esses elétrons, uma vez com energia suficiente, simplesmente deixam o material. Mas, como se vê, não é isso que acontece.'
O avanço revela que mesmo estados acima do limiar de energia podem prender elétrons espacialmente dentro do sólido. Wilhelm acrescenta: 'Do ponto de vista energético, o elétron não está mais ligado ao sólido. Ele tem a energia de um elétron livre, mas ainda permanece localizado espacialmente onde o sólido está.' Em vez disso, a escapada depende de 'estados de porta'—estados quânticos específicos que se acoplam fortemente a caminhos externos. Prof. Florian Libisch do Instituto de Física Teórica afirma: 'Esses estados se acoplam fortemente àqueles que realmente levam para fora do sólido. Nem todo estado com energia suficiente é um estado de porta—apenas aqueles que representam uma 'porta aberta' para o exterior.'
Niggas destaca as implicações: 'Pela primeira vez, mostramos que a forma do espectro de elétrons não depende apenas do material em si, mas crucialmente de se e onde tais estados de porta ressonantes existem.' Notavelmente, alguns estados de porta emergem apenas em pilhas com mais de cinco camadas, permitindo o design preciso de materiais em camadas para pesquisa e tecnologia. O estudo aparece em Physical Review Letters (2025; 135 (16)), com DOI: 10.1103/qls7-tr4v.