Físicos da Universidade de Utrecht criaram um 'simulador quântico, 'um sistema modelo para estudar prognósticos teóricos para uma classe totalmente nova de materiais. Esses 'supermateriais' incluem grafeno, que possui uma estrutura bidimensional e características únicas. Os experimentos conduzidos em Utrecht não apenas confirmam as previsões dos físicos teóricos, mas também forneceu novos insights. Eles descobriram que em níveis de energia mais elevados, uma rede retangular simples tem características que normalmente só são observadas em materiais exóticos. Os resultados de suas pesquisas são publicados em Física da Natureza de 24 de abril de 2017.

As características de um material são determinadas pelos átomos de que é composto, e como eles são organizados. Cálculos realizados por físicos teóricos mostram que em certas estruturas bidimensionais, os átomos podem ser organizados de tal forma que uma ampla gama de supercaracterísticas possa ser alcançada. Até agora, esta pesquisa foi limitada a previsões teóricas - muitas das redes que os físicos criaram simplesmente não existiam na natureza, nem foram produzidos em laboratório. Contudo, usando o método desenvolvido pelos físicos em Utrecht, esses resultados agora podem ser testados experimentalmente.

Cristal bidimensional de elétrons

"A ideia básica é que podemos fazer um cristal bidimensional de elétrons em qualquer forma que quisermos, "explica o líder de pesquisa Ingmar Swart." Isso nos permite determinar com precisão as características do cristal, que nos permite realizar experimentos em muitas das idéias postuladas por nossos colegas teóricos. "

Swart e sua equipe criaram essa estrutura com algumas dezenas de nanômetros de largura em um cristal de cobre. A superfície do cristal contém um grande número de elétrons, que são forçados a certas posições na superfície pela construção de uma rede de moléculas de monóxido de carbono com precisão atômica. "A maneira como fazemos isso pode ser comparada a um dedo empurrando um doce de hortelã-pimenta para frente e para trás em uma mesa. Mas, neste caso, o dedo é uma agulha com uma ponta que não é maior do que um único átomo, "Swart explica.

Os resultados até agora mostram que as previsões teóricas são bastante precisas. Contudo, os experimentos também revelaram um fenômeno que os físicos teóricos ainda não haviam considerado, e que podem apresentar novas aplicações.

Em níveis de energia mais altos, uma grade retangular simples parece se transformar em uma estrutura conhecida como 'rede de Lieb'. "Esta rede de Lieb é a rede real para certos supercondutores de alta temperatura. Portanto, é vital que entendamos as características e o comportamento dos elétrons nesta rede, ”explica a física teórica Prof. Cristiane Morais Smith.

Ainda há um longo caminho a percorrer deste sistema de modelo para novos supermateriais como o grafeno. "Mas nosso sistema é uma espécie de 'simulador quântico, 'que podemos usar para testar novas ideias teóricas com o grau ideal de flexibilidade, "diz Morais Smith.