Escondidas em inúmeros materiais estão propriedades valiosas que permitirão a próxima geração de tecnologias, como computação quântica e células solares aprimoradas.

No Rensselaer Polytechnic Institute, pesquisadores que trabalham na interseção da ciência dos materiais, engenheiro químico, e a física está descobrindo maneiras novas e inovadoras de desbloquear essas habilidades úteis e promissoras usando a luz, temperatura, pressão, ou campos magnéticos.

A descoberta inovadora de uma versão óptica do efeito Quantum Hall (QHE), publicado hoje em Revisão Física X, demonstra a liderança de Rensselaer neste campo de pesquisa vital.

QHE é uma diferença na voltagem mecânica que é criada quando um semicondutor bidimensional é colocado em um grande campo magnético. O campo magnético faz com que os elétrons se movam de tal forma que a corrente não flua mais através de todo o semicondutor, apenas nas bordas.

O fenômeno tem sido uma área significativa de estudo, levando a vários prêmios Nobel e inúmeras inovações tecnológicas. O que é menos compreendido, disse Sufei Shi, professor assistente de engenharia química e biológica na Rensselaer, é a quantização de excitons - uma partícula promissora encontrada nos dichalcogenetos metálicos de transição (TMDs) que é formada quando a luz atinge um semicondutor e uma partícula carregada positivamente se liga a uma partícula carregada negativamente. A forte ligação que une essas duas partículas contém uma quantidade significativa de energia.

Shi concentrou grande parte de sua pesquisa nesta nova fronteira, entendendo que o exciton tem o potencial de ser aproveitado para uma infinidade de aplicações, incluindo computação quântica, armazenamento de memória, e até mesmo a captação de energia solar. Shi e seu laboratório trabalharam em um processo para fabricar semicondutores bidimensionais extremamente limpos e de alta qualidade a partir de TMDs, para que possam estudar suas propriedades intrínsecas. Esse trabalho de base levou a esta descoberta mais recente.

Nesta pesquisa, Shi e seu laboratório estudaram o exciton na presença de um grande campo magnético, induzindo a quantização de energia conhecida como quantização de Landau - um efeito que antes era difícil de ver opticamente.

Este trabalho demonstra a versão óptica do QHE para excitons, e Shi acredita que abrirá a porta para novas descobertas e aplicações.

"Fundamentalmente, isso é algo completamente novo e aumentará muito a nossa compreensão dos excitons no regime quântico, uma área que ainda não entendemos totalmente, "Shi disse." Esperamos que isso inspire muitas pessoas a trabalhar nesta direção para ver uma nova física quântica, algo que nem esperávamos antes. "