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Archive for the ‘Elétrons’ Category

Os" filhos" do életron: Spíons e Hólons

10 de agosto de 2009 Deixe um comentário
Desde a contribuição de Thomson com a descoberta do elétron, muitos estudos têm sido realizados, investigando o elétron. Cientistas coreanos e norte-americanos, trabalhando conjuntamente, comprovaram a existência de duas novas partículas intrinsecamente ligadas também aos elétrons: os spínons e os hólons. Esta descoberta tem implicações em várias áreas, como os supercondutores de alta temperatura, os nanofios (ou fios quânticos) e a spintrônica. Os fios quânticos são largamente utilizados para conectar pontos quânticos, que estão sendo usados em experimentos de computação quântica, entre outros.

Os cientistas começavam a descobrir a anatomia do átomo e queriam perceber o seu comportamento, especificamente, o mecanismo que permitia a combinação dos átomos de certos elementos com os de outros para formarem novas substâncias. Um elétron, apesar de parecer não ter tamanho e nem poder ser isolado, tem duas propriedades, uma elétrica e outra magnética. A propriedade elétrica é a carga do elétron. A propriedade magnética é o seu spin, que pode ser entendido como a direção na qual o elétron gira. Quando os elétrons estão em um metal, eles se repelem, por terem todos carga negativa. Mas, quando eles são confinados em um nanofio unidimensional (também chamado fio quântico), fica muito difícil para que um elétron se afaste do outro. Para isto, é necessário colocar o fio quântico próximo o suficiente de um metal para que os elétrons possam “saltar” para o nanofio, por meio de um processo chamado tunelamento quântico.

O “trauma” da aproximação entre eles é tão grande que o elétron cinde sua “personalidade”, dividindo-se em hólon e spínon, mandando sua carga elétrica para um lado e seu giro magnético para o outro. É algo estranho, imagine se você pudesse separar a beleza e a simpatia de alguém e vê-las isoladas daquela pessoa, ou imagine ver o seu carro indo para um lado e as rodas dele indo para o outro. A comprovação da existência dos spínons e dos hólons foi feita utilizando amostras unidimensionais de óxido de cobre (SrCuO2), aplicando uma técnica chamada ARPES (“Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy”). A ARPES é uma ferramenta adequada para a observação de efeitos envolvendo conjuntos de elétrons, inclusive a separação carga-spin. A idéia por trás da separação carga-spin é que os elétrons se comportam de forma diferente quando sua possibilidade de movimentação fica restrita a uma única dimensão. Enfileirados uns após os outros, as forças repulsivas entre suas cargas elétricas negativas se tornam amplamente dominantes. É esse efeito coletivo que se torna forte o suficiente para quebrar a informação de spin e carga de um único elétron.

Na ARPES, raios-X aplicados a uma amostra causam a emissão de elétrons, graças ao efeito fotoelétrico. Medindo a energia cinética dos elétrons emitidos e os ângulos nos quais eles são expelidos, obtém-se sua velocidade e sua taxa de dispersão – as quais contêm um quadro detalhado do espectro de energia do elétron. Normalmente, a retirada de um elétron de um cristal cria uma lacuna, um espaço vago de energia, de carga positiva. Esta lacuna contém informação tanto do spin quanto da carga, revelados num único pico do espectro lido no ARPES. Se ocorrer a separação carga-spin, a lacuna decai em um spínon e em um hólon, observando-se dois picos no espectro ARPES.

Spinons e Holons - Separação spin-carga


é aquímica sendo expandida…

by Bruno Leite

Bibliografia:

Distinct spinon and holon dispersions in photoemission spectral functions from one-dimensional SrCuO2
Changyoung Kim, Eli Rotenberg, Zhi-Xun Shen, Bum Joon Kim, Hoon Koh, S.J. Oh, H. Eisaki, N. Motoyama, S. Uchida, T. Tohyama, S. Maekawa
Nature-Physics
01 Jun 2006
Vol.: 2, 397-401

A Química dos Fogos de Artifício…

30 de dezembro de 2008 1 comentário


Final de ano observamos muitos fogos, muitas comemorações, muita alegria e para não esquecer-mos da química, lembro a cada um que estarão comemorando o ano novo, que nos fogos de artificios existem átomos que são excitados para estados de energia mais alto e quando retornam liberam um fóton na forma de luz, assim podemos ver o maravilhoso espetáculo no céu. 

Um fogo de artifício é composto basicamente por pólvora (mistura de enxofre, carvão e salitre ‘nitrato de potássio’) e por um sal de um elemento determinado (o que irá determinar a cor da luz produzida na explosão). A pólvora, em um fogo de artifício, possui, além do nitrato de potássio (KNO3), perclorato de potássio (KClO4) ou clorato de potássio (KClO3).  Estes compostos são denominados oxidantes e são altamente explosivos. A presença desses sais (KClO4 e KClO3) é uma forma de aumentar a explosão e a claridade proporcionada pelo fogo de artifício. Um detalhe é que utilizamos os sais de potássio, em vez dos sais de sódio, pois os sais de sódio absorvem água da atmosfera com maior facilidade do que os sais de potássio. Esse fato é o que impossibilita a utilização de sais de sódio em fogos de artifícios, uma vez que ao serem estocados, caso fossem feitos com sais de sódio, ocorreria a absorção de água, o que atrapalharia no momento da explosão do fogo. Além da intensa luz amarela que é obtida com os sais de sódio, que ofuscaria as outras cores.

As cores que observamos são produzidas a partir de dois fenômenos, a incandescência e a luminescência.

A incandescência é a luz produzida pelo aquecimento de substâncias. Quando se aquece um metal, por exemplo, ele passa a emitir radiação infravermelha, que vai se modificando até se tornar radiação visível na cor branca. Isso depende da temperatura que é atingida. Um exemplo de incandescência são as lâmpadas incandescentes, onde existe um filamento de tungstênio que é aquecido e passa a produzir luz, a partir da incandescência. Este fenômeno é, também, visto nos fogos de artifício, nos quais são utilizados metais como o alumínio e magnésio, que ao queimarem produzem alta claridade.


Já no fenômeno da luminescência a luz é produzida a partir emissão de energia, na forma de luz, por um elétron excitado, que volta para o nível de energia menos energético de um átomo. De um modo geral na luminescência, um átomo de um elemento químico qualquer, possui elétrons em níveis de energia (Lembrem do modelo de Bohr). Ao receber energia, estes elétrons são excitados, isto é, são promovidos a níveis de energia mais elevados. A quantidade de energia absorvida por um elétron é quantizada (lembram do quantum?). O elétron que foi excitado tem a tendência de voltar para o nível menos energético, pois é mais estável. Quando ocorre esta passagem, do nível mais energético para o menos energético (que é mais estável, lembrem os átomos procuram maior estabilidade), ocorre também a liberação da energia que foi absorvida, na forma de um fóton, ou seja, na forma de luz, da qual observamos no fogos de artifícios.


A luminescência é uma característica intrínseca de cada elemento químico. Por exemplo, os átomos de sódi quando aquecidos, emitem luz amarela, já os átomos de bário produzem luz verde, e assim por diante.

Os fogos de artifício utilizam deste fenômeno e desta variedade, uma vez que há fogos das mais diversas cores. No entanto, nos fogos de artifício são utilizados sais destes elementos químicos, pois o elemento puro, é muitas vezes, reativo, o sódio por exemplo. 


Então quando estiverem admirando os fogos de artifício em sua casa, ou em algum outro lugar, lembrem-se que naquele momento elétrons são excitados e retornam para níveis menos energéticos liberando os fótons (Luz) e que cada elemento químico tem sua cor característica.

Boas festas…


É a química sendo expandida…

by Bruno Leite