A área de física da matéria condensada é uma das áreas em física que tem ganhado maior destaque nos últimos anos e angariado grande quantidade de pesquisadores. Os estudos principais são focados na fase condensada da matéria, ou seja, quando os constituintes desta (átomos, elétrons, prótons etc.) aparecem em grande quantidade e suas interações são fortes.
Um dos estudos mais específicos diz respeito ao comportamento das partículas fundamentais nos materiais quando submetidas a circunstâncias específicas como, por exemplo, incidência de luz ou passagem de corrente elétrica.
Já há alguns anos, essa tem sido a área principal de estudo do docente do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), Rodrigo Gonçalves Pereira, mas numa problemática ainda mais específica do que as citadas acima. “O conceito que temos hoje é de que nosso mundo é formado por três dimensões e, em nossos laboratórios de pesquisa, os materiais analisados são, também, tridimensionais. No entanto, temos realizado experimentos nos quais ‘descartamos’ uma ou duas dimensões dos materiais que estudamos para, sob essa circunstância específica, analisar suas propriedades”, explica Rodrigo.
Mas, como realizar a proeza do “descarte” de dimensões de um material? Imagine que se tenha um conjunto de elétrons preso dentro de uma caixa tridimensional e, aos poucos, vá-se diminuindo, por exemplo, a altura dessa caixa, até que ela fique completamente achatada. “Diante disso, alguns movimentos dos elétrons serão restringidos num plano específico. Nesse momento, tem-se um sistema ‘bidimensional'”, elucida o docente.
Porém, os estudos de Rodrigo são mais audaciosos. Seu trabalho principal se dá na análise de sistemas “unidimensionais”. Ainda se utilizando do exemplo anterior, o que o docente faz é a observação da interação dos elétrons da caixinha quando está é achatada na altura e largura, restando, portanto, uma única dimensão para análise.
Os “achatamentos” mencionados anteriormente podem ser feitos de várias formas. No caso dos estudos de Rodrigo, especificamente, são utilizados os chamados “fios quânticos” para reduzir materiais semicondutores a uma única dimensão. “O Grupo de Óptica do IFSC, por exemplo, realiza o mesmo experimento. Só que, no caso deles, é feito o aprisionamento de átomos frios e o potencial externo aplicado a esses átomos tem propriedades puramente ópticas”, explica.
A ideia principal dos experimentos mencionados é que quanto menor a quantidade das dimensões, mais importantes e nítidas ficam as interações entre as partículas de qualquer que seja o material em análise. “Por exemplo, se normalmente os elétrons de um material se repelem, quanto menor a dimensão, menor fica o espaço para que isso ocorra. Em uma única dimensão, como não existe o espaço livre oferecido pelas três dimensões, há um ‘processo coletivo’, ou seja, para que uma partícula consiga se mover, todas as outras precisam fazer o mesmo”, exemplifica Rodrigo.
Tal situação dá origem a propriedades novas e, sobretudo, “exóticas” desses materiais, se comparadas com dimensões superiores. O comportamento das partículas é completamente distinto e, para descrevê-lo, pontos de partida radicalmente diferentes são definidos “emprestando-se” conceitos de teorias já existentes, como da teoria quântica de campos, métodos de soluções analíticas etc.
As aplicações nesse campo de estudo da ciência básica, obviamente, ainda são desconhecidas. No entanto, sistemas unidimensionais estudados já há muitos anos são, hoje, utilizados para confecção de dispositivos diversos. O exemplo mais famoso é o de nanotubos de carbono, atualmente, usados para ligar circuitos e transportar carga de maneira mais eficiente.
No caso da pesquisa de Rodrigo, os principais materiais trabalhados em laboratório (obviamente de tamanho muito pequeno, na escala de micrômetros e, na maioria das vezes, nanômetros) são de sistemas magnéticos unidimensionais e compostos que envolvem óxidos de metais de transição, além do sistema de átomos frios, confinados numa única dimensão.
Mesmo diante da complexidade de tais estudos, Rodrigo afirma que o conhecimento sobre um sistema específico pode trazer o esclarecimento sobre outros sistemas parecidos e de igual complexidade. “Para cada sistema estudado, as perguntas são diferentes, mas as respostas podem servir para o esclarecimento de vários sistemas distintos. Isso é o legal da física: às vezes, uma ideia simples explica várias outras coisas”, conclui.
Assessoria de Comunicação
