Físicos descobriram uma maneira de acessar informações que estavam escondidas da ciência por 140 anos, de acordo com um artigo recente.
Em 1879, o físico Edwin Hall descobriu que as correntes elétricas se dobram quando colocadas em um campo magnético, produzindo uma tensão e um novo campo elétrico perpendicular à corrente. Desde então, os cientistas vêm explorando esse fenômeno, conhecido como o efeito Hall, para estudar as propriedades de materiais como semicondutores que compõem microchips – mas, frustrantemente, o Efeito Hall impede os cientistas de fazerem certas medições simultaneamente.
Pesquisadores da IBM, do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia, do Instituto de Pesquisa de Tecnologia Química da Coreia e da Universidade Duke criaram agora uma técnica para extrair essas informações, chamada de técnica de medição de foto-Hall. Na prática, isso ajuda a revelar características de semicondutores com maior detalhamento e ainda ajudará a desenvolver novos e melhores materiais. A descoberta pode ser especialmente útil para criação de células solares futuras.
“Isso pode criar um avanço empolgante para entender os semicondutores em mais detalhes”, disse Oki Gunawan, autor principal do estudo e pesquisador do estudo no IBM TJ Watson Research Center, ao Gizmodo. “Esperamos que traga avanços no futuro próximo”.
As cargas elétricas movem-se através dos semicondutores como unidades discretas chamadas portadores de carga: elétrons com carga negativa e “buracos” com carga positiva, o elétron passa para o material que pode se mover da mesma maneira que os elétrons. Os cientistas usam o efeito Hall para descobrir as propriedades dos portadores de carga em um material, como a rapidez com que se movem e a densidade.
Mais recentemente, eles usaram o efeito Hall para entender o efeito da luz sobre os materiais que eles estavam estudando, já que a luz que atinge determinados materiais produz elétrons e buracos. Porém, técnicas baseadas no efeito Hall só podem medir as propriedades da transportadora de carga mais numerosa, chamada transportadora de carga majoritária, em vez das propriedades da transportadora de carga minoritária e majoritária simultaneamente. Basicamente, se houver mais elétrons, as medidas do efeito Hall podem revelar apenas informações sobre os elétrons; se houver mais furos, eles poderão revelar apenas informações sobre os furos.
Por meio de um experimento, Gunawan conseguiu encontrar uma maneira de extrair as informações da transportadora de carga minoritária ao mesmo tempo que as informações da transportadora de carga majoritária. Ele imaginou dois sistemas, cada um com a mesma transportadora de carga majoritária na mesma densidade e viajando na mesma velocidade, mas com velocidades diferentes da transportadora de carga minoritária. Sem qualquer energia adicional, os dois sistemas se comportariam da mesma maneira.
Mas ao adicionar mais energia dos pulsos de luz, elas começaram a se comportar de maneira um pouco diferente devido aos efeitos da transportadora de carga minoritária. A partir desse experimento, ele e sua equipe criaram uma equação para descrever simultaneamente as transportadoras minoritárias e majoritárias, de acordo com o artigo publicado na semana passada na Nature.
Mas a técnica requer uma maneira de reduzir o ruído, no caso de o material experimentar apenas fracamente o efeito Hall ou de haver outros sinais potenciais de confusão. Os pesquisadores da IBM haviam desenvolvido anteriormente um novo tipo de sistema chamado linha dipolo paralela, um par de ímãs cilíndricos que, agindo juntos, criam algo como uma armadilha de campo magnético. Eles colocaram duas amostras, uma de silício e outra de um material sensível à luz chamado perovskita, na armadilha, e usaram sua nova equação para extrair informações sobre os portadores de carga majoritários e minoritários.
Isso pode parecer um pouco complicado, mas medir essas propriedades é importante quando se tenta determinar se um material seria útil em uma célula solar, explicou Gunawan. Além disso, é um resultado fundamental da física que liga campos magnéticos, eletricidade e luz.
Existem limitações, é claro. Gunawan explicou que o método experimental pode falhar em materiais com alta densidade de portadores de carga – eles precisariam de lasers de alta energia para estudar, o que poderia derreter o material.
Ainda assim, isso é emocionante. Não é sempre que você ouve sobre um novo resultado fundamental da física que muda a maneira como entendemos algo que é ensinado nas aulas básicas de física.
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