Elétrons capturados fazendo a curva – Physics World

Inspirando-se no fluxo de ar ao redor das asas dos aviões, pesquisadores nos EUA visualizaram pela primeira vez elétrons fotoexcitados fluindo em curvas acentuadas. Como essas curvas são frequentemente encontradas em circuitos optoeletrônicos integrados, a observação das “linhas de corrente” dos elétrons poderia levar a melhorias no projeto do circuito.

Há mais de 80 anos, os físicos William Shockley e Simon Ramo mostraram teoricamente que quando os electrões viajam em curvas, as suas linhas de corrente ficam comprimidas localmente, produzindo calor. Até agora, porém, ninguém tinha medido este efeito directamente porque é muito difícil observar as linhas de corrente das fotocorrentes electrónicas – isto é, correntes eléctricas induzidas pela luz – através de um dispositivo funcional.

No novo trabalho, descrito no Proceedings, da Academia Nacional de Ciências, pesquisadores liderados por físicos Nathaniel Gabor e David Mayes da Universidade da Califórnia, Riverside construiu um dispositivo de heteroestrutura micromagnética feito de uma camada de platina sobre um substrato de granada de ítrio e ferro (YIG) e o colocou em um campo magnético rotativo. Eles então direcionaram um feixe de laser para o YIG, fazendo com que o dispositivo aquecesse e desencadeando um fenômeno conhecido como efeito foto-Nernst. É esse efeito que gera a fotocorrente.

Observando o padrão geral de simplificações

Ao mudar a direção do campo magnético externo, a equipe “injeta a corrente de tal forma que não apenas controlamos a localização de sua fonte, mas também sua direção”, explica Mayes. Além disso, acrescenta ele, “acontece que quando você mede a resposta eletrônica enquanto faz isso repetidamente, você acaba observando o padrão geral das linhas de corrente”.

Para demonstrar o poder de sua técnica, os pesquisadores repetiram os experimentos em um dispositivo modificado chamado eletrofólio, que lhes permitiu contorcer, comprimir e expandir as linhas de corrente fotocorrentes da mesma forma que as asas de um avião contorcem, comprimem e expandem o fluxo de ar. Em ambos os cenários, as linhas de corrente representam a direção do fluxo que produz a maior resposta em cada ponto, conforme previsto pelo teorema de Shockley e Ramo.

“No final da década de 1930, esses dois eminentes físicos perceberam que uma carga livre em um dispositivo não precisa atingir um eletrodo para induzir uma resposta elétrica”, disse Mayes. Mundo da física. “Em vez disso, o movimento das cargas gratuitas afetará todas as outras cargas no dispositivo devido à força de Coulomb.

“Shockley e Ramo conseguiram mostrar que as linhas de corrente não apenas ilustram a direção de corrente 'preferida' para o dispositivo, mas também representam o padrão de fluxo de corrente através dele, como se tivéssemos simplesmente polarizado uma extremidade do dispositivo e aterrado o outro."

Evitando pontos quentes

Gabor observa que ser capaz de determinar onde as linhas de fluxo de corrente estão sendo comprimidas em um dispositivo pode ajudar os projetistas de circuitos a evitar a criação de tais pontos quentes locais. “Os resultados do nosso estudo também sugerem que você não deve ter características de curvatura acentuada em seu circuito elétrico”, diz ele, acrescentando que fios curvados gradualmente “não são o que há de mais moderno no momento”.

Elétrons aquecem na primeira observação do efeito Nernst de spin

Os pesquisadores estão agora explorando maneiras de aumentar a resolução de sua técnica e, ao mesmo tempo, testando novos dispositivos e materiais. Em particular, eles gostariam de medir linhas de corrente em dispositivos moldados em geometrias como uma “válvula Tesla”, que restringe o fluxo de elétrons em uma direção.

“Nossa ferramenta de medição é uma forma poderosa de visualizar e caracterizar dispositivos optoeletrônicos de fluxo de carga”, diz Gabor. “Esperamos avançar nossas ideias em direção a novos materiais emergentes que incluam efeitos magnéticos do tipo Nernst e comportamento não convencional do fluxo de corrente.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/electrons-caught-going-around-the-bend/