doi.org/10.1038/s41566-024-01512-0
Credibilidade: 999
#Supercondutividade
Materiais extremamente finos, compostos por apenas algumas camadas atômicas, oferecem promessas para aplicações em eletrônica e tecnologias quânticas.
Pesquisadores aceleraram significativamente a troca entre *excítons* e *triões* em semicondutores bidimensionais, usando pulsos de terahertz, abrindo novas possibilidades para aplicações em materiais quânticos. Essa descoberta, realizada por uma equipe internacional que inclui cientistas da Universidade Técnica de Dresden (TU Dresden) e do HZDR, permite transições quase instantâneas, pavimentando o caminho para futuras inovações em tecnologia de sensores e processamento óptico de dados.
Dinâmica de Excítons e Triões:
Semicondutores bidimensionais exibem propriedades fundamentalmente diferentes em comparação com cristais convencionais. Nesses materiais, é mais fácil gerar partículas chamadas *excítons*. Quando um elétron, que é negativamente carregado, é excitado ao absorver energia, ele se desloca de sua posição original, deixando para trás uma lacuna positivamente carregada, chamada de *buraco*.
Elétrons e buracos se atraem, formando um estado ligado chamado *excíton*. Se houver outro elétron por perto, ele se junta, formando um estado de três partículas, chamado *trião*. A característica especial do trião é a combinação de carga elétrica com uma forte emissão de luz, permitindo controle simultâneo eletrônico e óptico.
Acelerando os Comutadores Quânticos:
Há algum tempo, a troca entre excítons e triões é considerada um processo interessante para futuras aplicações tecnológicas. Muitos laboratórios já conseguiram realizar essa troca, mas com velocidades limitadas.
Agora, uma equipe liderada pelo professor Alexey Chernikov, da TU Dresden, e pelo físico Stephan Winnerl, do HZDR, conseguiu acelerar significativamente essa troca. A pesquisa foi realizada no contexto do Cluster de Excelência Würzburg-Dresden “Complexidade e Topologia em Materiais Quânticos, ct.qmat”. Pesquisadores de Marburg, Roma, Estocolmo e Tsukuba também contribuíram para o projeto.
Quebrando Recordes com Pulsos de Terahertz
Os experimentos ocorreram em uma instalação especial no HZDR, usando o laser de elétrons livres FELBE, que gera pulsos intensos de terahertz. Os pesquisadores iluminaram uma camada atômica de dissileneto de molibdênio a temperaturas criogênicas com pulsos curtos de laser, gerando os excítons. Logo depois, esses excítons capturaram elétrons e formaram triões.
“Quando disparamos pulsos de terahertz no material, os triões voltaram a se tornar excítons de forma extremamente rápida”, explicou Winnerl. A frequência dos pulsos de terahertz quebrou a ligação entre o excíton e o elétron, recriando o par de elétron e buraco. Em seguida, o excíton capturou outro elétron, formando um trião novamente.
Essa separação ocorreu a uma velocidade recorde, em poucos picosegundos (trilionésimos de segundo). “Isso é quase mil vezes mais rápido do que era possível com métodos eletrônicos convencionais”, destacou Chernikov.
Ampliando as Aplicações em Materiais Quânticos:
Os resultados abrem caminho para novas pesquisas e possíveis aplicações futuras, como na tecnologia de sensores e no processamento óptico de dados. “É possível adaptar esse efeito para desenvolver novos moduladores com comutação rápida”, explicou Winnerl. Isso permitiria criar componentes extremamente compactos que controlam informações ópticas de forma eletrônica.
Outra aplicação seria a detecção de radiação de terahertz. “Com base nesses processos de comutação em semicondutores ultrafinos, seria possível desenvolver detectores ajustáveis em uma ampla faixa de frequência, como câmeras de terahertz com muitos pixels”, sugeriu Chernikov.
Em resumo, essa inovação não só acelera os comutadores quânticos, como também abre novas perspectivas para tecnologias futuras que envolvem semicondutores ultrafinos e radiação de terahertz.
Publicado em 02/10/2024 13h54
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