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Cientistas descobrem propriedades quânticas em superredes de tungstênio

Cientistas descobrem propriedades quânticas em superredes de tungstênio

Os cientistas descobriram alguns comportamentos quânticos exóticos de materiais semicondutores que os transformam em “máquinas quânticas”.

Explorando Superredes

Pegando camadas empilhadas de dissulfeto de tungstênio e disseleneto de tungstênio que criaram superredes, o nome de material intracatamente padronizado, os pesquisadores foram capazes de descobrir algumas propriedades quânticas exóticas do material que poderiam levar a novas descobertas em sistemas eletrônicos eficientes em energia e até mesmo fornecer a base para um novo campo da física exótica.

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"Esta é uma descoberta incrível porque não pensamos nesses materiais semicondutores como interagindo fortemente", disse Feng Wang, um físico da matéria condensada que trabalha na Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório de Berkeley e professor de física na UC Berkeley. "Agora, este trabalho trouxe esses semicondutores aparentemente comuns para o espaço dos materiais quânticos."

Materiais bidimensionais (2-D) com apenas um único átomo de espessura podem ser usados ​​como blocos de construção, onde podem ser empilhados uns sobre os outros para formar dispositivos minúsculos. Quando os reticulados de dois materiais 2-d semelhantes são usados ​​e seus reticulados bem alinhados, um padrão de repetição conhecido como superrede moiré pode ser criado.

Quando essas superredes são formadas com grafeno, por exemplo, um comportamento quântico exótico pode surgir, como a supercondutividade. O novo estudo, liderado por Wang, demonstra que as duas redes baseadas em tungstênio também podem ser transformadas em um material quântico exótico.

Múltiplos Picos Excitron

Os coautores Chenhao Jin, um estudante de pós-doutorado, e Emma Regan, uma estudante pesquisadora, construíram as redes de dissulfeto de tungstênio e disseleneto de tungstênio usando uma técnica à base de polímero para coletar e transferir flocos dos dois materiais para uma pilha, com cada floco medindo apenas dez mícrons de diâmetro.

Quando eles mediram a absorção óptica das novas amostras da rede, eles fizeram uma descoberta notável. A absorção de luz visível em um dispositivo que usa essas duas redes é máxima quando a luz tem a mesma energia que o excitron do sistema, que é uma quasipartícula feita de um elétron ligado a um estado atualmente vazio que um elétron pode ocupar.

Considerando a faixa de energia que a luz ocupava, os pesquisadores esperavam ver um único pico no sinal de energia que um único excitron teria produzido. Em vez disso, os pesquisadores descobriram que o pico único se dividiu em três.

Após um exame mais aprofundado, eles descobriram que os materiais de tungstênio haviam de fato formado uma superrede moiré.

"Vimos padrões lindos e repetidos em toda a amostra", disse Regan. "Depois de comparar esta observação experimental com um modelo teórico, descobrimos que o padrão moiré introduz uma grande energia potencial periodicamente sobre o dispositivo e poderia, portanto, introduzir fenômenos quânticos exóticos."

Eles planejam agora explorar como esse novo sistema quântico pode ser aplicado ao uso da luz na eletrônica, a miniaturização de componentes eletrônicos e a supercondutividade.

Sua pesquisa foi publicada na revista Natureza.


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