{"id":26937,"date":"2025-05-28T18:13:00","date_gmt":"2025-05-28T21:13:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/?p=26937"},"modified":"2025-05-29T11:00:13","modified_gmt":"2025-05-29T14:00:13","slug":"cientistas-da-usp-e-da-russia-quebram-o-tabu-da-resistividade-em-materiais-2d","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/cientistas-da-usp-e-da-russia-quebram-o-tabu-da-resistividade-em-materiais-2d\/","title":{"rendered":"Cientistas da USP e da R\u00fassia \u201cquebram o tabu\u201d da resistividade em materiais 2D"},"content":{"rendered":"\n

Pesquisadores do Departamento de F\u00edsica da Universidade de S\u00e3o Paulo (USP) realizaram um estudo que quebra uma regra antiga da f\u00edsica dos materiais: pela primeira vez, ficou claro que o choque entre el\u00e9trons, que antes se acreditava irrelevante para a resistividade el\u00e9trica em sistemas bidimensionais, tem um papel decisivo em materiais de Dirac, como o grafeno e o po\u00e7o qu\u00e2ntico de Telureto de Merc\u00fario. O artigo Resistivity of Non-Galilean-Invariant Two-Dimensional Dirac Systems<\/a> pode colaborar para mudar a compreens\u00e3o sobre como os el\u00e9trons fluem nesses materiais, abrindo novas perspectivas e desafios para a nanotecnologia, a computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica e a eletr\u00f4nica do futuro.<\/p>\n\n\n\n

\u201cH\u00e1 uma \u2018nova regra do jogo\u2019 que tem que ser considerada na constru\u00e7\u00e3o de novos dispositivos (eletr\u00f4nicos)\u201d, explica Gennady Gusev, cientista russo estabelecido no Brasil desde 1998, \u00e9 professor do Departamento de F\u00edsica de Materiais e Mec\u00e2nica da USP (IFUSP) e um dos autores do estudo, que contou com a colabora\u00e7\u00e3o do Institute of Semiconductor Physics de Novosibirsk e da Novosibirsk State Technical University, ambos na R\u00fassia. Os professores Alexandre Levine e Valmir Chitta, tamb\u00e9m do IFUSP, participaram da pesquisa.<\/p>\n\n\n

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Prof. Gennady Gusev (IFUSP), estabelecido no Brasil desde 1998.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Ao dizer que h\u00e1 uma \u201cnova regra no jogo\u201d, Gusev se referiu \u00e0 toda a evolu\u00e7\u00e3o dos sistemas eletr\u00f4nicos que utilizamos hoje em dia, baseado no transporte de carga por meio de el\u00e9trons em fios e chips de computadores, celulares e outros equipamentos que, segundo o cientista, est\u00e3o chegando ao seu limite. Os smartphones, computadores e dispositivos que usamos hoje s\u00e3o incrivelmente poderosos – mas essa revolu\u00e7\u00e3o tecnol\u00f3gica est\u00e1 prestes a dar um salto ainda maior. Mas a tecnologia por tr\u00e1s deles, baseada principalmente no sil\u00edcio, est\u00e1 chegando a um limite. Para continuarmos avan\u00e7ando, para termos dispositivos ainda menores, mais r\u00e1pidos e com menor consumo de energia, precisamos de novos materiais e novas ideias\u201d, escreve Gusev, em pr\u00e9-entrevista sobre a pauta. \u201cNossa pesquisa ajuda a mapear e entender essas novas \u2018regras do jogo\u2019 eletr\u00f4nico, que s\u00e3o essenciais para construir a pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o de tecnologias.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Nos materiais condutores de corrente el\u00e9trica usados hoje, os el\u00e9trons enfrentam barreiras para se \u201cmovimentarem\u201d at\u00e9 entregar a energia necess\u00e1ria. H\u00e1 a resist\u00eancia el\u00e9trica, causada por motivos externos ao material e ao seu comprimento, e a resistividade, que \u00e9 uma caracter\u00edstica intr\u00ednseca do material.  Imagine que voc\u00ea est\u00e1 andando de bicicleta em uma estrada bem asfaltada, lisinha, sem vento e sem subidas. Se ningu\u00e9m te atrapalhar e se o f\u00f4lego for suficiente, voc\u00ea pode pedalar e manter a mesma velocidade, certo?<\/p>\n\n\n

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Espectro Linear HgTe.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

\u00c9 assim que a f\u00edsica cl\u00e1ssica, ou mais precisamente, a chamada \u201cInvari\u00e2ncia de Galileu\u201d, descreve o movimento. Em linhas simples, se n\u00e3o houver for\u00e7as externas, o movimento continua sem mudan\u00e7as. O mundo funciona igual se voc\u00ea estiver parado ou se movendo numa velocidade constante. As leis da f\u00edsica n\u00e3o se importam com isso.<\/p>\n\n\n\n

Agora, pense nos el\u00e9trons dentro de um fio como ciclistas pedalando por essa estrada. Segundo Modelo de Drude, o que faz esses ciclistas perderem velocidade n\u00e3o \u00e9 o vento, nem a fadiga, mas sim os buracos na estrada e as pedras no caminho \u2014 ou seja, as impurezas e defeitos do material. Cada vez que um el\u00e9tron encontra um obst\u00e1culo, ele perde um pouco de seu movimento, e isso gera a resist\u00eancia el\u00e9trica que conhecemos.<\/p>\n\n\n\n

Nos materiais convencionais, como o sil\u00edcio, os el\u00e9trons seguem uma regra espec\u00edfica de movimento que os cientistas chamam de \u201cespectro parab\u00f3lico\u201d. Isso quer dizer que a rela\u00e7\u00e3o entre a energia do el\u00e9tron e seu momento, uma esp\u00e9cie de \u201cquantidade de movimento\u201d, forma uma par\u00e1bola. E aqui entra a m\u00e1gica da f\u00edsica cl\u00e1ssica: quando dois el\u00e9trons se chocam, as leis da conserva\u00e7\u00e3o de energia e de momento s\u00e3o rigorosamente respeitadas. S\u00f3 que, por conta dessa rela\u00e7\u00e3o parab\u00f3lica, essas colis\u00f5es internas n\u00e3o mudam o movimento coletivo dos el\u00e9trons como um todo. \u00c9 como se dois ciclistas, ao baterem guid\u00e3o com guid\u00e3o, redistribu\u00edssem a energia entre eles, mas sem afetar a velocidade m\u00e9dia do grupo que est\u00e1 pedalando na mesma dire\u00e7\u00e3o. O fluxo segue praticamente igual.<\/p>\n\n\n\n

Essa propriedade de os el\u00e9trons conservarem o momento coletivo nas colis\u00f5es entre si est\u00e1 profundamente ligada \u00e0 \u201cInvari\u00e2ncia de Galileu\u201d, que basicamente afirma que o espa\u00e7o n\u00e3o distingue se voc\u00ea est\u00e1 em repouso ou se movendo com velocidade constante. No universo desse modelo, as colis\u00f5es entre el\u00e9trons s\u00e3o invis\u00edveis para o movimento global: elas s\u00f3 fazem sentido do ponto de vista microsc\u00f3pico, na dan\u00e7a individual das part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n

\u00c9 exatamente esse o ponto que os cientistas da USP e pesquisadores russos revelaram, um novo segredo da natureza: em materiais bidimensionais, como o grafeno e o telureto de merc\u00fario (HgTe), o choque entre os pr\u00f3prios el\u00e9trons, de fato,  gera altera\u00e7\u00e3o na resistividade, com uma profunda liga\u00e7\u00e3o com a temperatura. \u201cNesses materiais, os el\u00e9trons se comportam como \u2018part\u00edculas de Dirac\u2019 e t\u00eam um espectro de energia linear. A rela\u00e7\u00e3o entre energia e momento n\u00e3o \u00e9 uma par\u00e1bola, mas uma linha reta \u2013 assim como para as part\u00edculas de luz (f\u00f3tons)\u201d, explica Gusev.<\/p>\n\n\n\n

\u201cEssa mudan\u00e7a aparentemente simples na \u2018regra\u2019 de energia-momento tem consequ\u00eancias profundas. As leis de conserva\u00e7\u00e3o de energia e momento ainda se aplicam, claro. No entanto, a maneira como o momento \u00e9 trocado nas colis\u00f5es e-e (eletr\u00f3n-el\u00e9tron) em um sistema com espectro linear \u00e9 diferente. As colis\u00f5es e-e agora contribuem para a resistividade! O sistema n\u00e3o \u00e9 mais \u2018Invariante de Galileu\u2019 da mesma forma. As intera\u00e7\u00f5es entre os el\u00e9trons, que s\u00e3o muito fortes, agora podem efetivamente degradar o fluxo total de corrente. \u00c9 como se, nesses materiais, as colis\u00f5es entre os el\u00e9trons pudessem criar um tipo de \u2018atrito interno\u2019 ou \u2018viscosidade\u2019 no fluido eletr\u00f4nico, que dissipa o momento e gera resist\u00eancia.\u201d<\/p>\n\n\n\n

 Os dados experimentais foram obtidos em laborat\u00f3rios na R\u00fassia a partir do HgTe e analisados de forma colaborativa com os professores do IFUSP. \u201cSe quisermos usar materiais como o grafeno ou os po\u00e7os qu\u00e2nticos de HgTe para substituir o sil\u00edcio em futuros dispositivos nanoeletr\u00f4nicos, precisamos entender profundamente como seus el\u00e9trons se comportam. N\u00e3o podemos simplesmente aplicar as velhas regras do sil\u00edcio. Esse comportamento \u2018hidrodin\u00e2mico\u2019 dos el\u00e9trons, onde eles fluem mais como um l\u00edquido e suas intera\u00e7\u00f5es internas s\u00e3o cruciais, abre portas para projetar dispositivos com funcionalidades completamente novas, potencialmente muito mais r\u00e1pidos ou eficientes\u201d, afirma Gusev. Essa pesquisa representa uma importante colabora\u00e7\u00e3o internacional, que pode ajudar o Brasil a se colocar no cen\u00e1rio global como desenvolvedor da nova gera\u00e7\u00e3o de tecnologias, com potencial para gerar avan\u00e7os econ\u00f4micos e sociais.<\/p>\n\n\n\n

Assista \u00e0 entrevista completa no canal do YouTube da SBF<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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