Pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura previram que os níveis de Landau pertencentes a diferentes vales em um material valetrônico bidimensional (2D), disseleneto de tungstênio de monocamada (WSe₂ ), pode ser alinhado em um campo magnético crítico.
O alinhamento de entidades distintas, como dois feixes de laser, ou dois pilares, é um objetivo comum em muitos campos da ciência e da engenharia. No mundo mais exótico da mecânica quântica, o alinhamento de níveis eletrônicos quantizados pode permitir a criação de partículas chamadas pseudo-espinhos que são úteis para aplicações de computação quântica.

Níveis eletrônicos quantizados surgem quando um campo magnético é aplicado a um material 2D. Esses níveis são chamados de níveis Landau. De particular interesse são os níveis de Landau em materiais valetrônicos. Os materiais Valleytrônicos são materiais nos quais se pode controlar não apenas a carga ou o spin de um elétron, mas também o "vale" ao qual o elétron pertence. Em geral, os portadores de carga em diferentes vales viajam em direções opostas.

Neste trabalho, a equipe de pesquisa liderada pelo Professor Associado Quek Su Ying do Departamento de Física da Universidade Nacional de Cingapura desenvolveu uma abordagem para explicar o efeito das interações dinâmicas elétron-elétron ao prever os níveis de energia em materiais valetrônicos na presença de um campo magnético. Suas previsões mostraram que essas interações de muitos corpos amplificaram os efeitos de um campo magnético nos materiais, causando uma mudança em seus níveis de energia. Quando aplicado a WSe monocamada₂ , os resultados computacionais foram encontrados em concordância quantitativa com a literatura experimental, validando a nova abordagem. Esta amplificação é quantificada por um aumento dos chamados fatores g de Landé.

A equipe observou que o aumento nos fatores g surgiu devido a uma mudança na população de portadores de carga em cada vale, em resposta a uma mudança no campo magnético. No entanto, quando o campo magnético é suficientemente forte para que todos os portadores estejam localizados no mesmo vale (todos os portadores se movem para o vale azul na imagem acima), essa mudança na população de portadores não pode mais acontecer e os fatores g caem abruptamente. Nesse campo magnético crítico, os portadores de carga podem oscilar para frente e para trás entre os dois vales e isso pode levar ao alinhamento dos níveis de Landau nos dois vales.

O Dr. Xuan Fengyuan, pós-doutorando da equipe de pesquisa, disse:"Devido aos grandes fatores g presentes no WSe₂ , os campos magnéticos críticos previstos são pequenos para que esse efeito possa ser realizado em laboratórios padrão."

"Em comparação com propostas anteriores, o alinhamento dos níveis de Landau previstos neste trabalho é robusto a flutuações na densidade de portadoras. Observações recentes de estados quânticos fracionários de Hall em 2D WSe₂ sugerem a possibilidade de usar o alinhamento de nível Landau como um meio para habilitar aplicativos topológicos de computação quântica", acrescentou o Prof Quek. + Explore mais

Previsões da resposta do campo magnético em materiais de valetrônica 2-D