p (PhysOrg.com) - Usando uma nanoestrutura híbrida exclusiva, Pesquisadores da Universidade de Maryland mostraram um novo tipo de interação luz-matéria e também demonstraram o primeiro controle quântico completo do spin qubit em nanoestruturas coloidais muito pequenas (alguns nanômetros), dando assim um passo importante nos esforços para criar um computador quântico. p Publicado na edição de 1º de julho de Natureza , sua pesquisa se baseia no trabalho da mesma equipe de pesquisa de Maryland publicada em março no jornal Ciência (3-26-10). De acordo com os autores e especialistas externos, as novas descobertas promovem ainda mais a promessa que essas novas nanoestruturas mantêm para a computação quântica e para novos, mais eficiente, tecnologias de geração de energia (como células fotovoltaicas), bem como para outras tecnologias que são baseadas em interações luz-matéria como biomarcadores.

p "O verdadeiro avanço é que usamos uma nova tecnologia da ciência dos materiais para 'lançar luz' sobre as interações luz-matéria e a ciência quântica relacionada de maneiras que acreditamos ter aplicações importantes em muitas áreas, particularmente conversão e armazenamento de energia e computação quântica, "disse o pesquisador-chefe Min Ouyang, professor assistente no departamento de física e no Maryland NanoCenter da universidade. "Na verdade, nossa equipe já está aplicando nosso novo entendimento de interações luz-matéria em nanoescala e avanço do controle preciso de nanoestruturas para o desenvolvimento de um novo tipo de célula fotovoltaica que esperamos ser significativamente mais eficiente na conversão de luz em eletricidade do que as células atuais. "

p Ouyang e os outros membros da equipe da Universidade de Maryland - o cientista pesquisador Jiatao Zhang, e os alunos Kwan Lee e Yun Tang - criaram um processo com patente pendente que usa termodinâmica química para produzir, em solução, uma ampla gama de diferentes materiais de combinação, cada um com um invólucro de semicondutor monocristalino estruturalmente perfeito ao redor de um núcleo de metal. Na pesquisa publicada na Nature desta semana, os pesquisadores usaram nanoestruturas híbridas de metal / semicondutor desenvolvidas por meio desse processo para demonstrar experimentalmente o "acoplamento ressonante ajustável" entre um plasmon (do núcleo de metal) e um exciton (do invólucro do semicondutor), com um aprimoramento resultante do Efeito Optical Stark. Esse efeito foi descoberto há cerca de 60 anos em estudos da interação entre a luz e os átomos que mostraram que a luz pode ser aplicada para modificar estados quânticos atômicos.

p "As heteronanoestruturas semicondutoras de metal foram investigadas intensamente nos últimos anos com os componentes metálicos usados ​​como antenas em nanoescala para acoplar a luz de forma muito mais eficaz dentro e fora da nanoescala semicondutora, emissores de luz, "disse Garnett W. Bryant, líder do Grupo de Processos Quânticos e Metrologia na Divisão de Física Atômica do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. "A pesquisa conduzida por Min Ouyang mostra que uma nova heteronanoestrutura com o semicondutor em torno da nanoantena metálica pode atingir os mesmos objetivos. Essas estruturas são muito simples e muito mais fáceis de fazer do que anteriormente tentadas, abrindo possibilidades de aplicação. Mais importante, eles demonstraram que o acoplamento luz / matéria pode ser manipulado para alcançar o controle quântico coerente dos nanoemissores semicondutores, um requisito fundamental para o processamento de informações quânticas, "disse Bryant, que também é pesquisador do Joint Quantum Institute, uma parceria entre o NIST e a Universidade de Maryland, que é um dos principais centros mundiais de pesquisa em ciência quântica.

p Ouyang e seus colegas concordam que suas novas descobertas foram possibilitadas por suas nanoestruturas híbridas de cristal e metal, que oferecem uma série de benefícios sobre as estruturas epitaxiais usadas em trabalhos anteriores. Epitaxy tem sido a principal forma de criar semicondutores de cristal único e dispositivos relacionados. A nova pesquisa destaca os novos recursos dessas nanoestruturas UM, feito com um processo que evita duas restrições principais da epitaxia - um limite na espessura da camada de semicondutor de deposição e um requisito rígido para "correspondência de rede".

p Os cientistas de Maryland observam que, além dos recursos aprimorados de suas nanoestruturas híbridas, o método para produzi-los não requer uma instalação de sala limpa e os materiais não precisam ser formados no vácuo, da mesma forma que aqueles feitos por epitaxia convencional fazem. "Assim, também seria muito mais simples e barato para as empresas produzirem em massa produtos baseados em nossas nanoestruturas híbridas, "Ouyang disse.