As nanoestruturas podem ser projetadas de forma que o confinamento quântico permita apenas certos níveis de energia do elétron. Pesquisadores da IMDEA Nanociencia, UAM e ICMM-CSIC têm, pela primeira vez, observaram um padrão discreto de energias eletrônicas em um sistema não confinado, o que pode levar a novas maneiras de modificar as propriedades de superfície dos materiais.

Um grupo de pesquisa do IMDEA Nanociência e da Universidad Autónoma de Madrid encontrou pela primeira vez evidências experimentais de que redes unidimensionais com periodicidade em nanoescala podem interagir com os elétrons de um gás bidimensional separando espacialmente seus diferentes comprimentos de onda por meio de um fenômeno físico conhecido como Difração de Bragg. Este fenômeno é bem conhecido pela propagação de ondas em geral e é responsável pela cor iridescente observada na iluminação da superfície de um CD. Devido à dualidade onda-partícula proposta por De Broglie em 1924, elétrons também apresentam um comportamento de onda e, portanto, fenômenos de difração. Na realidade, a observação de que elétrons livres de baixa energia sofrem processos de difração após interação com redes atômicas bem ordenadas em superfícies sólidas foi a primeira confirmação experimental da dualidade onda-partícula. Elétrons bidimensionais ligados a superfícies sólidas, claro, também apresentam comportamento ondulatório que pode ser visualizado diretamente na década de 90 pela microscopia de varredura por túnel. Contudo, a observação da difração de Bragg em tais sistemas permaneceu até então evasiva.

Neste novo trabalho, publicado em Cartas de revisão física , o grupo liderado por Roberto Otero construiu uma rede de difração com periodicidade nanométrica por automontagem de moléculas orgânicas em uma superfície de cobre. Por meio de microscopia de tunelamento de varredura de baixa temperatura, os pesquisadores observaram as ondas estacionárias causadas pela interferência entre os elétrons que chegam na rede de difração e os refletidos por ela, o que permitiu aos pesquisadores encontrar evidências experimentais da difração de Bragg. Além disso, os autores descobriram que seus resultados não refletem apenas fenômenos de difração, mas também que os elétrons preferem interagir com a rede de modo que sua direção de incidência seja revertida.

A consideração simultânea de ambos os efeitos levou os autores a concluir que deveria ocorrer uma discretização dos níveis de energia, semelhante ao que ocorre quando o movimento do elétron está espacialmente confinado. A discretização dos níveis de energia no confinamento é uma das principais características da mecânica quântica, com muitas aplicações em nanociência e nanotecnologia, e atualmente permite que os pesquisadores controlem as propriedades ópticas e eletrônicas de sistemas em nanoescala. Os resultados nesta publicação, portanto, pode abrir novos caminhos para fabricar novos materiais e dispositivos exibindo propriedades quânticas sem confinamento quântico.