Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e seus colaboradores observaram como a energia de um único elétron em um material semicondutor pode ser controlada com precisão ajustando as posições dos átomos próximos. Esta descoberta pode levar a novas formas de criar dispositivos quânticos, como os transistores, que operam em níveis de potência muito baixos e são mais resistentes ao ruído.

Nos dispositivos semicondutores tradicionais, o fluxo de elétrons é controlado pela aplicação de um campo elétrico. Contudo, esta abordagem é limitada pelo fato de que os elétrons também são afetados pelo movimento térmico dos átomos no material. Isso pode fazer com que os dispositivos fiquem barulhentos e ineficientes, especialmente em altas temperaturas.

A abordagem da equipe do NIST evita esse problema usando uma forma diferente de controlar o fluxo de elétrons. Em vez de aplicar um campo elétrico, eles usam uma técnica chamada “confinamento quântico” para criar uma região minúscula e isolada de material semicondutor na qual os elétrons podem se mover livremente. Essa região é cercada por uma camada de átomos que funciona como barreira, impedindo a fuga dos elétrons.

Ao controlar cuidadosamente as posições dos átomos na camada de barreira, os investigadores conseguiram sintonizar com precisão a energia do único eletrão na região confinada. Isso lhes permitiu criar um dispositivo que funciona como um transistor, mas sem a necessidade de campo elétrico.

A descoberta da equipe do NIST pode levar a uma nova geração de dispositivos quânticos mais poderosos e eficientes do que os dispositivos semicondutores tradicionais. Esses dispositivos podem ser usados ​​em diversas aplicações, como computação quântica, criptografia quântica e detecção quântica.

As descobertas da equipe de pesquisa foram publicadas na revista Nature Nanotechnology.