O efeito Aharonov-Bohm, ou AB, faz parte das "7 maravilhas do mundo quântico", ao lado da superfluidez, do emaranhamento quântico e do paradoxo de Einstein-Podolski-Rosen. Em 2004, Junichiro Kono e seus colegas tinham mostrado que o efeito AB pode tornar semicondutor um nanotubo de carbono condutor. Atualmente, o pesquisador mostra que o efeito AB influi sobre as propriedades magnéticas de certos nanotubos.

O campo magnético gerado por um loop de corrente é descrito pelas equações de Maxwell, onde ele é designado por B. Estas equações mostram que é possível derivar a existência desse campo e do campo elétrico E, a partir de um vetor A. Pode-se mostrar que, para um solenóide muito longo, constituído de loops de correntes empilhados, ainda que os campos B e A não sejam nulos no interior do solenóide, o campo B é quase nulo no exterior da superfície do solenóide (porém longe de suas extremidades) enquanto o campo A não é.

Classicamente, um feixe de elétrons passando perto, e na direção do meio desse solenóide, na forma de um tubo longo, não seria, portanto, desviado por um campo magnético. Não deveria, então, sofrer qualquer força causada pela corrente elétrica circulante nos loops do tubo. E, portanto...

Desde a publicação feita por Erwin Schrödinger (em 1926) de sua equação para as ondas de matéria, estava claro ser mais o campo A e não o campo B que intervinha nessa equação. Isto porque, desde 1949, Werner Ehrenberg e Raymond E. Siday tinham predito que a fase de ondas associadas ao feixe de elétrons da experiência precedente com um solenóide devia ser afetada. Resultava que o movimento dos elétrons não era mais independente do campo magnético.

Durante 10 anos, ninguém sequer deu atenção a essa predição. Apenas em 1959 ela foi descoberta por David Bohm e seu aluno de tese na época, Yakir Aharonov. Desta vez, a comunidade científica foi surpreendida pela idéia, que ilustrava a singularidade da mecânica quântica. O efeito Aharonov-Bohm (AB) se tornou, então, rapidamente célebre.

Realmente, ainda que nenhuma força de origem eletromagnética devesse existir na experiência do solenóide, segundo a física clássica, que concebia o vetor A como uma simples ferramenta de cálculo, a mecânica quântica forçava a que se levasse a sério a influência física real desse vetor.

A experiência mostra que Ehrenberg, Siday, Bohn e Aharonov tinham razão. Este último, aliás, recebeu por sua descoberta o Prêmio Wolf 1998, quase equivalente ao Prêmio Nobel. Lembremo-nos de que esse mesmo prêmio foi atribuído ao físico Alain Aspect, em 2010.


O efeito AB e os SWNT

Em 2004, Junichiro Kono, com outros pesquisadores, mostra que o efeito Aharanov-Bohm era capaz de mudar as propriedades elétricas de certos nanotubos de carbono (CNT). Os NTCs são folhas de grafeno enroladas e podem existir sob diferentes versões. Uma grande classe reagrupa nanotubos de carbono constituídos de uma única parede, os SWNT ou Single Wall Nanotubes, em inglês.

No interior dessa classe, o modo como a folha de grafeno é enrolada dá lugar a diferentes tipos de nanotubos. Cerca de dois terços dos nanotubos de carbono são semicondutores, sendo os demais condutores. Sabe-se que esses objetos são promissores para a nanoeletrônica do futuro.

O que Kono e seus colegas observaram é que um campo magnético paralelo a um SWNT semicondutor modifica seu gap de energia. Fazendo isso, se torna possível mudá-lo em condutor e, inversamente. De fato, existem mesmo assim as oscilações de Aharonov-Bohm afetando o valor da resistividade do nanotubo de carbono, as quais tinham sido observadas anos antes. Geralmente, esse fenômeno se produz quando um elétron quântico descreve um círculo na parede de um condutor metálico ou semicondutor cilíndrico cujo eixo é paralelo a um campo magnético. A fase da onda de matéria associada ao elétron é modificada e a resistência oscila em função do valor do fluxo magnético através do cilindro.

A flecha vermelha indica a direção de um campo magnético em relação a um nanotubo de carbono de parede única. Resulta que o estado quântico de um elétron girando ao longo do círculo vermelho na parede do nanotubo é afetado. Podem, então, se produzir as oscilações de Aharanov-Bohn, que fazem variar periodicamente a condutância do nanotubo de carbono.

Créditos: Physicsworld.

Hoje, Kono e seu aluno de tese, Thomas Searles, acabam de mostrar que o modo como os SWNT se magnetizam em um forte campo magnético faz igualmente intervir o efeito AB. Assim, eles estudaram diferentes tipos de SWNT, de um diâmetro de 0.7 a 0,8 nanômetro e com 500 nanômetros de comprimento, mergulhados em um campo magnético de 35 teslas, gerado no Tsukuba Magnet Laboratory, do National Institute of Materials Science (NIMS) japonês (a título de comparação, os imãs para imagiamento médico por Ressonância Magnética Nuclear (RMN) não atingem senão intensidades de 0,5 a 3 teslas). Suas susceptibilidades magnéticas anisotrópicas, ou seja: o modo como o material se imanta em intensidade e em direção sob a ação de um campo magnético, foram medidos e os resultados estão de acordo com as predições baseadas no efeito AB.

Futura Sciences (Tradução - MIA).

Nota do Scientific Editor: o artigo que deu origem a esta notícia de título:"Large Magnetic Susceptibility Anisotropy of Metallic Carbon Nanotubes", de autoria de T. A. Searles, Y. Imanaka, T. Takamasu, H. Ajiki, J. A. Fagan, E. K. Hobbie, J. Kono, pode ser acessado em http://arxiv.org/abs/1001.0524.


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