Uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma maneira simples de sintonizar um efeito quântico característico no grafeno - o material formado a partir de uma única camada de átomos de carbono - banhando-o com luz. Seu trabalho teórico, que foi publicado recentemente em Cartas de revisão física , sugere uma maneira de realizar um novo comportamento quântico que foi previsto anteriormente, mas que até agora permaneceu inacessível em experimentos.

"Nossa ideia é usar luz para projetar esses materiais no local, "diz Tobias Grass, um pesquisador de pós-doutorado no Joint Quantum Institute (JQI) e um co-autor do artigo. "A grande vantagem da luz é sua flexibilidade. É como ter um botão que pode mudar a física de sua amostra."

A proposta sugere um método para alterar um efeito físico que ocorre em materiais planos mantidos em temperaturas muito baixas e submetidos a ímãs extremamente fortes - pelo menos mil vezes mais fortes do que um ímã de geladeira. Sob essas circunstâncias, elétrons voando em uma paisagem bidimensional começam a se comportar de maneira incomum. Em vez de fluir continuamente pelo material, eles ficam presos em órbitas circulares estreitas de tamanhos e energias particulares, mal se afastando de seus lugares. Apenas um certo número de elétrons pode ocupar cada órbita. Quando as órbitas estão parcialmente preenchidas - o que dá aos elétrons algum espaço para respirar - ele ativa novos tipos de interação entre as partículas carregadas e leva a uma complexa dança quântica.

Os elétrons realizam essa coreografia - conhecida como efeito Hall quântico fracionário - no grafeno. Interessantemente, ajustar as interações entre os elétrons pode induzi-los a diferentes padrões de dança quântica de salão, mas requer um ímã mais forte ou uma amostra totalmente diferente - às vezes com duas camadas de grafeno empilhadas juntas.

O novo trabalho, que é uma colaboração entre pesquisadores do JQI e do City College of New York, propõe o uso de luz laser para contornar alguns desses desafios experimentais e até mesmo criar novas danças quânticas. A luz pode estimular os elétrons a saltar entre órbitas de energias diferentes. Como resultado, as interações entre os elétrons mudam e levam a um padrão de dança diferente, incluindo alguns que nunca foram vistos antes em experimentos. A intensidade e a frequência da luz alteram o número de elétrons em órbitas específicas, fornecendo uma maneira fácil de controlar o desempenho dos elétrons. "Essa interação de matéria leve resulta em alguns modelos que foram previamente estudados teoricamente, "diz Mohammad Hafezi, um JQI Fellow e um autor do artigo. "Mas nenhum esquema experimental foi proposto para implementá-los."

Desbloquear essas danças teóricas pode revelar um novo comportamento quântico. Alguns podem até gerar partículas quânticas exóticas que poderiam colaborar para permanecer protegidas do ruído - uma ideia tentadora que poderia ser útil na busca de construir computadores quânticos robustos.