"As comunicações modernas dependem em grande parte da luz, nomeadamente as ondas eletromagnéticas e as correntes elétricas. No entanto, o som pode viajar em certos meios onde a luz e as correntes elétricas não podem se deslocar, por exemplo, nos oceanos", explica Michael Hilke, professor associado de física e coautor do estudo. "As ondas sonoras também podem ter aplicações práticas no corpo humano."
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O aparelho foi construído e analisado na Universidade McGill e no Conselho Nacional de Pesquisas do Canadá (CNRC). O material foi sintetizado na Universidade de Princeton.
Os elétrons rápidos produzem vibrações semelhantes às vibrações sonoras. O dispositivo faz passar uma corrente elétrica através de uma camada de cristal bidimensional e prende elétrons num canal situado numa zona com espessura de apenas alguns átomos. Os cientistas descobriram que quando os elétrons eram empurrados com força suficiente através desse canal, eles liberavam energia na forma de ondas de vibrações semelhantes a vibrações sonoras — os fônons —, seguindo padrões previsíveis e moduláveis.
Para obter esse efeito, eles precisam resfriar o dispositivo a temperaturas entre cerca de 10 milikelvins e 3,9 kelvins, para tornar o comportamento dos elétrons mais previsível e permitir a observação de efeitos quânticos, que ocorrem quando a matéria se comporta como ondas em vez de partículas sólidas.
"Na temperatura zero — ou seja, no universo da física quântica —, nenhum som ocorre, a menos que os elétrons se movam juntos à velocidade do som ou a uma velocidade superior", explica Michael Hilke. "Estudos anteriores permitiram observar efeitos relacionados quando elétrons se moviam a uma velocidade próxima à do som." "Estamos levando o sistema muito além desse ponto e mostramos que é necessário reavaliar as teorias existentes para levar em conta o fato de que os elétrons podem estar muito quentes, mesmo que a temperatura do cristal hospedeiro esteja próxima do zero absoluto."
Novos materiais podem acelerar a velocidade. Michael Hilke indica que a próxima etapa consistirá em estudar outros materiais de fabricação, como o grafeno, para acelerar ainda mais o funcionamento do aparelho.
Essa aceleração pode abrir caminho para uma tecnologia de comunicações de alta velocidade, bem como para o desenvolvimento de ferramentas de detecção, materiais biológicos e sistemas médicos de ponta.
"Os fônons são difíceis de gerar e dominar; por isso estamos explorando novos esquemas." "Mais globalmente, buscamos compreender a circulação e a conversão da corrente elétrica e da energia no interior de materiais eletrônicos de ponta", precisa ele.
O estudo O artigo "Resonant magnetophonon emission by supersonic electrons in ultrahigh-mobility two-dimensional systems", por Michael Hilke e colaboradores, foi publicado na revista Physical Review Letters.