O poder quântico oculto do material milagroso pode transformar a eletrônica do futuro
O grafeno é uma forma notável de carbono, construída a partir de uma única camada de átomos fortemente conectados com apenas um átomo de espessura. Apesar de sua espessura, é altamente estável e conduz eletricidade extremamente bem. Devido a essas qualidades, o grafeno é considerado um “material milagroso” e já está sendo explorado para telas eletrônicas flexíveis, sensores altamente sensíveis, baterias avançadas e células solares de próxima geração.
Um novo estudo liderado pela Universidade de Göttingen, em colaboração com equipas de Braunschweig, Bremen e Fribourg, mostra que o grafeno pode ser capaz de fazer ainda mais. Pela primeira vez, os cientistas observaram diretamente os “efeitos Floquet” no grafeno. Esta descoberta resolve uma questão científica de longa data: a engenharia Floquet, uma técnica na qual os pulsos de luz modificam com precisão as propriedades de um material, também pode funcionar em materiais quânticos metálicos e semimetálicos, como o grafeno. A pesquisa aparece em Física da Natureza.
Evidência direta de estados de floquet no grafeno
Para investigar esses efeitos, a equipe usou microscopia de impulso de femtosegundo, um método que permite aos pesquisadores capturar mudanças extremamente rápidas no comportamento eletrônico. As amostras de grafeno foram iluminadas com rápidas rajadas de luz e depois examinadas com um pulso retardado para acompanhar como os elétrons responderam em escalas de tempo ultracurtas.
“Nossas medições provam claramente que os ‘efeitos Floquet’ ocorrem no espectro de fotoemissão do grafeno”, diz o Dr. Marco Merboldt, da Universidade de Göttingen, o primeiro autor do estudo. “Isso deixa claro que a engenharia Floquet realmente funciona nesses sistemas – e o potencial desta descoberta é enorme.” Seus resultados demonstram que a engenharia Floquet é eficaz em uma ampla gama de materiais. Isso aproxima os cientistas da capacidade de moldar materiais quânticos com características específicas usando pulsos de laser em intervalos extremamente curtos.
Materiais quânticos controlados por luz para tecnologias futuras
Ser capaz de ajustar materiais com tanta precisão poderia estabelecer as bases para futuros eletrônicos, computadores e sensores altamente avançados. O professor Marcel Reutzel, que liderou o projeto em Göttingen juntamente com o professor Stefan Mathias, explica:”Os nossos resultados abrem novas formas de controlar estados eletrónicos em materiais quânticos com luz. Isto pode levar a tecnologias nas quais os eletrões são manipulados de forma direcionada e controlada.”
Reutzel continua: “O que é particularmente interessante é que isto também nos permite investigar propriedades topológicas. Estas são propriedades especiais, muito estáveis, que têm grande potencial para o desenvolvimento de computadores quânticos confiáveis ou novos sensores para o futuro.”
Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) através do Centro de Pesquisa Colaborativa da Universidade de Göttingen “Controle da Conversão de Energia em Escalas Atômicas”.
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