Duas equipes de pesquisadores descobriram independentemente que existe um certo tipo de sistema de grafeno onde os elétrons congelam com o aumento da temperatura. A primeira equipe, com membros de Israel, EUA e Japão, descobriu que colocar uma camada de grafeno sobre a outra e, em seguida, torcer a que estava por cima resultava em um estado de grafeno no qual os elétrons congelariam à medida que as temperaturas aumentassem.
E na tentativa de explicar o que observaram, eles descobriram que a entropia da fase quase-isolante era aproximadamente metade do que seria esperado de spins de elétrons livres. A segunda equipe, com membros dos EUA, Japão e Israel, encontrou o mesmo sistema de grafeno e em sua investigação para entender suas observações, eles notaram que um grande momento magnético surgiu no isolador. Ambas as equipes publicaram seus resultados na revista Nature. Biao Lian com a Universidade de Princeton publicou um artigo News and Views descrevendo o trabalho de ambas as equipes na mesma edição do jornal.
À medida que a temperatura em torno da maioria das substâncias aumenta, as partículas de que são feitas são excitadas. Isso resulta na fusão de sólidos em líquidos e líquidos transformando-se em gás. Isso é explicado pela termodinâmica – temperaturas mais altas levam a mais entropia, que é uma descrição de desordem. Nesse novo esforço, as duas equipes encontraram uma exceção a essa regra – um sistema de grafeno no qual os elétrons congelam à medida que a temperatura aumenta.
O sistema de grafeno era muito simples. Ambas as equipes simplesmente colocaram uma folha de grafeno em cima da outra e então torceram a folha de cima levemente. Mas teve que ser torcido no que eles descrevem como o “ângulo mágico”, descrevendo uma torção de apenas 1 grau. O padrão moiré resultante levou a uma menor velocidade dos elétrons no sistema, o que por sua vez levou a mais resistência, aproximando o sistema de um isolante.
Ambas as equipes investigaram essas observações mais de perto. Ambos fizeram isso medindo a entropia da rede torcida e descobriram que a entropia da fase de alta temperatura era maior do que para a fase de baixa temperatura. E ambos descobriram que os elétrons na camada torcida tinham spin e um baixo grau de liberdade de ponto, que, eles notaram, poderia ser descrito como um isospin. E ambos sugeriram que, à medida que a temperatura no sistema aumentava, ele se aproximava de se tornar um ferromagneto. Além de suas descobertas sobre a entropia da fase quase-isolante, a primeira equipe também notou um pico alto repentino na compressibilidade do elétron. E a segunda equipe também descobriu que menos elétrons poderiam ocupar níveis de energia ao mesmo tempo quando um campo magnético fosse aplicado ao sistema.
Publicado em 10/04/2021 18h19
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