Tunelamento e curral quântico

Não é de hoje que se sabe que o mundo quântico está repleto de bizarrices. Desde o início do século passado físicos têm buscado uma forma de explicar determinados fenômenos que não se enquadram dentro da Física Clássica.

No mundo quântico o elétron pode ser capaz de atravessar uma barreira tendo energia cinética inferior à energia potencial de tal barreira - o que no mundo macroscópico é impensável. Tal fenômeno denominado tunelamento quântico ou efeito túnel só pode ser explicado se pensarmos no elétron como onda, de maneira que tal onda seja capaz de atravessar a barreira, tendo assim uma probabilidade da partícula aparecer do outro lado da mesma. Foi Bohr quem disse uma vez: “se a mecânica quântica não lhe causa estranheza é porque você não a compreendeu de fato”.

Elétron atravessando barreira de potencial.
Imagem:  Wikimedia Commons/ Yoschi

A descoberta do fenômeno do tunelamento quântico teve aplicação prática na criação do microscópio de varredura por tunelamento. Por meio de tal aparelho passou a ser possível manipular átomos e moléculas, mesmo sem vê-los de fato, pois a luz sobre as partículas gera grandes imprecisões. No microscópio de tunelamento uma agulha desliza sobre a superfície, acompanhando o seu relevo. O registro do movimento é usado para criar imagens artificiais da superfície. O movimento da agulha ocorre por meio de sinais elétricos gerados pelos elétrons capazes de atravessar a barreira de potencial (pequeno espaço entre a agulha e a superfície).

Manipulando a posição da agulha do microscópio de tunelamento é possível arrastar átomos e depositá-los em outros locais. Por meio dessa técnica, os cientistas da IBM (International Business Machines) arrastaram átomos de ferro em uma superfície de cobre, em baixíssima temperatura (cerca de 4 K), até que formassem um círculo com 48 átomos, que recebeu o nome de curral quântico. Verificou-se que ocorriam vibrações dentro do curral, em virtude da existência de elétrons aprisionados dentro do círculo. As vibrações provam o caráter ondulatório dos elétrons e estão de acordo com as previsões teóricas.

Imagem:https://www.if.ufg.br/semanas_da_fisica/semana2003/imagem.html

Na imagem acima os átomos de ferro apresentam uma aparência pontiaguda em virtude da forma como a agulha interage com cada átomo. As duas “ilhotas” do lado de fora do círculo correspondem a imperfeições na superfície do cobre. A figura foi colorida artificialmente.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

PESSOA, OSVALDO JR. É possível ver um átomo? Disponível em: <http://www2.uol.com.br/vyaestelar/fisicaquantica_atomo.htm>. Acesso em: 2 jan. 2016.

WALKER, Jearl. Halliday/Resnick Fundamentos de Física. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. v.4.