p Por cerca de 50 anos, os cientistas trabalharam para controlar as oscilações de Bloch, um tipo exótico de comportamento por elétrons que poderia introduzir um novo campo da física - e novas tecnologias importantes - muito parecido com o comportamento eletrônico mais convencional que levou a tudo, desde relógios inteligentes a computadores poderosos o suficiente para nos levar à Lua. p Agora, Físicos do MIT relatam uma nova abordagem para alcançar oscilações de Bloch em superredes de grafeno recentemente introduzidas. Grafeno, um material composto por uma única camada de átomos de carbono dispostos em hexágonos que se assemelham a uma estrutura em favo de mel, é um excelente condutor de eletricidade. Suas propriedades eletrônicas sofrem uma transformação interessante na presença de uma "malha elétrica" ​​(um potencial periódico), resultando em novos tipos de comportamento de elétrons não vistos em materiais primitivos. Em uma edição recente da Cartas de revisão física , os cientistas descrevem por que as superredes de grafeno podem mudar o jogo na busca das oscilações de Bloch.

p Normalmente, elétrons expostos a um campo elétrico constante aceleram em linha reta. Contudo, a mecânica quântica prevê que os elétrons em um cristal, ou material composto de átomos dispostos de forma ordenada, pode se comportar de maneira diferente. Após a exposição a um campo elétrico, eles podem oscilar em ondas minúsculas - oscilações de Bloch. "Este comportamento surpreendente é um exemplo icônico de dinâmica coerente em sistemas quânticos de muitos corpos, "diz Leonid Levitov, professor de física do MIT e líder do trabalho atual. Levitov também é afiliado ao Laboratório de Pesquisa de Materiais do MIT.

p Autores adicionais são Ali Fahimniya e Zhiyu Dong, ambos os alunos de pós-graduação do MIT em física, e Egor I. Kiselev do Karlsruher Institut fur Technologie.

p Rumo a novos aplicativos

p Mais importante, As oscilações de Bloch ocorrem em um valor de frequência que é o mesmo para todos os elétrons e é sintonizável pelo campo elétrico aplicado. Avançar, valores de frequência típicos - na faixa de terahertz, ou trilhões de ciclos por segundo - estão na faixa de difícil acesso por meios convencionais. A eletrônica e a óptica de hoje funcionam em frequências abaixo e acima do terahertz, respectivamente. "As frequências Terahertz são algo intermediário, e não estamos nos beneficiando deles tanto quanto do resto do espectro, "Levitov diz." Se pudéssemos acessá-los facilmente, pode haver muitos aplicativos, variando de melhor verificação de segurança não invasiva em aeroportos a novos designs de eletrônicos. "

p Por causa da física interessante e aplicações potenciais das oscilações de Bloch, ao longo dos anos, muitos cientistas tentaram demonstrar o comportamento. Oscilações de Bloch, Contudo, são muito sensíveis aos processos de espalhamento no material devido às vibrações da rede (fônons) e desordem. Como resultado, embora o trabalho anterior com o objetivo de criar oscilações de Bloch fosse extremamente importante - uma abordagem, contando com superredes semicondutoras, levou a um Prêmio Nobel e aos lasers de estado sólido dos dias modernos - teve sucesso apenas limitado em relação ao seu objetivo original. "As pessoas viram assinaturas de oscilações de Bloch nesses sistemas, mas não no nível que seria útil para algo prático. Havia inevitavelmente alguma defasagem, o que acabou sendo bastante condenatório [para o fenômeno], "Levitov diz.

p Um novo material

p Digite um novo material conhecido como moiré grafeno. Criado no MIT pelo Professor de Física Pablo Jarillo-Herrero, O moiré grafeno é composto por duas folhas de camadas atomicamente finas de grafeno colocadas uma sobre a outra e giradas em um pequeno ângulo. "E de acordo com a teoria, este material deve ser um candidato ideal para ver as oscilações de Bloch, "Levitov diz. Em um artigo recente, ele e colegas analisaram os parâmetros do material que afetam a forma como os elétrons se movem nele e quão pouca desordem ele tem, e "mostramos isso em todas as contas, moiré grafeno é tão bom quanto as superredes semicondutoras, ou melhor."

p Além disso, outras variedades atraentes de superredes surgiram recentemente, envolvendo grafeno emparelhado com nitreto de boro hexagonal, ou com superredes dielétricas padronizadas. Entre as vantagens adicionais, as superredes de grafeno são muito mais fáceis de fazer do que as estruturas complicadas essenciais para o trabalho anterior. "Esses sistemas foram produzidos por apenas alguns grupos altamente qualificados em todo o mundo, "Diz Levitov. O moiré grafeno já está sendo feito por vários grupos só nos Estados Unidos, e muitos mais em todo o mundo.

p Finalmente, Levitov e seus colegas dizem, o moiré grafeno atende a outro critério importante para tornar práticas as oscilações de Bloch. Enquanto os elétrons envolvidos nas oscilações o fazem na mesma frequência terahertz, sem um pouco de ajuda, eles o farão de forma independente. A chave é persuadi-los a oscilar em sincronia. "Se você pode fazer isso, então você vai de essencialmente um fenômeno de um elétron para oscilações macroscópicas que serão facilmente detectáveis ​​e muito utilizáveis ​​porque se tornarão uma fonte de corrente macroscópica, "Levitov diz. Os cientistas acreditam que os elétrons no moiré grafeno devem ser bastante passíveis de sincronização usando técnicas padrão.

p Dmitri Basov, Professor Higgins e Presidente de Física da Universidade de Columbia, comentários, "Como muitas outras previsões de Leonid Levitov e sua equipe, este novo resultado nas oscilações de Bloch certamente motivará numerosos estudos experimentais. Eu prevejo que não será fácil observar as oscilações de Bloch em sistemas de banda plana moiré, mas certamente tentaremos. "Basov não esteve envolvido no trabalho relatado em Cartas de revisão física .

p Levitov está animado para continuar o trabalho, que incluirá alunos de graduação do MIT. "A melhor parte disso virá mais tarde, quando vermos resultados experimentais que comprovam a ideia, " ele diz.