O futuro da computação quântica pode depender de um maior desenvolvimento e compreensão de materiais semicondutores conhecidos como dichalcogenetos de metais de transição (TMDCs). Esses materiais atomicamente finos desenvolvem eletricidade única e útil, mecânico, e propriedades ópticas quando são manipuladas por pressão, luz, ou temperatura.

Em pesquisa publicada hoje em Nature Communications , engenheiros do Rensselaer Polytechnic Institute demonstraram como, quando os materiais TMDC que eles fazem são empilhados em uma geometria particular, a interação que ocorre entre as partículas dá aos pesquisadores mais controle sobre as propriedades dos dispositivos. Especificamente, a interação entre os elétrons torna-se tão forte que eles formam uma nova estrutura conhecida como estado de isolamento correlacionado. Este é um passo importante, pesquisadores disseram, em direção ao desenvolvimento de emissores quânticos necessários para futura simulação quântica e computação.

"Há algo emocionante acontecendo, "disse Sufei Shi, professor assistente de engenharia química e biológica na Rensselaer, quem liderou este trabalho. "Um dos graus de liberdade quântica que esperamos usar na computação quântica é aprimorado quando este estado correlacionado existe."

Muitas das pesquisas de Shi se concentraram em obter uma melhor compreensão do potencial do exciton, que é formado quando um elétron, animado pela luz, liga-se a um buraco - uma versão do elétron com carga positiva. Shi e sua equipe demonstraram esse fenômeno em dispositivos TMDC feitos de camadas de dissulfeto de tungstênio (WS ₂ ) e disseleneto de tungstênio (WSe ₂ ) Recentemente, a equipe também observou a criação de um exciton intercalar, que é formado quando um elétron e um buraco existem em duas camadas diferentes de material. O benefício deste tipo de exciton, Shi disse, é que ele tem uma vida útil mais longa e responde de forma mais significativa a um campo elétrico - dando aos pesquisadores maior capacidade de manipular suas propriedades.

Em sua última pesquisa, Shi e sua equipe mostraram como, empilhando TMDCs de uma maneira particular, eles podem desenvolver uma rede conhecida como superrede moiré. Imagine duas folhas de papel empilhadas uma em cima da outra, cada um com o mesmo padrão de hexágonos recortados. Se você mudasse o ângulo de um dos pedaços de papel, os hexágonos não combinariam mais perfeitamente. A nova formação é semelhante à de uma superrede moiré.

O benefício de tal geometria, Shi disse, é que incentiva os elétrons e os excitons intercamadas a se ligarem, aumentando ainda mais a quantidade de controle que os pesquisadores têm sobre os próprios excitons. Esta descoberta, Shi disse, é um passo importante para o desenvolvimento de emissores quânticos que serão necessários para a futura simulação quântica e computação quântica.

"Basicamente, ele abriu a porta para um novo mundo. Já vemos muitas coisas, apenas espiando pela porta, mas não temos ideia do que vai acontecer se abrirmos a porta e entrarmos, "Shi disse." Isso é o que queremos fazer, queremos abrir a porta e entrar. "