p (Phys.org) —Os pontos quânticos são cristais semicondutores que contêm algumas centenas de átomos restritos a um espaço tão pequeno que são considerados objetos de dimensão zero, frequentemente chamados de "átomos artificiais". Os pesquisadores fabricaram pontos quânticos feitos de vários materiais e tamanhos. Agora em um novo estudo, cientistas demonstraram como fabricar pontos quânticos magnéticos individuais com diâmetros de pilar tão baixos quanto 250 nm, o menor ponto desse tipo relatado até o momento. p Os pesquisadores, liderado por Charles Gould, um pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Würzburg, publicaram seu estudo sobre a fabricação de pontos quânticos magnéticos em uma edição recente da Nanotecnologia .

p "Estes não são os primeiros pontos quânticos magnéticos, já que os pontos quânticos magnéticos foram feitos anteriormente por técnicas como a automontagem, "Gould disse Phys.org . "Essas técnicas anteriores permitem estudar uma coleção de muitos milhões de pontos quânticos de uma vez, mas não permita o estudo de pontos individuais. Como tal, uma vez que todos os pontos da coleção são ligeiramente diferentes, é essencialmente impossível extrair propriedades dos pontos individuais. Nosso método, pela primeira vez, permite a produção e o estudo de um átomo magnético artificial individual. "

p Como explicam os pesquisadores, os pontos quânticos geralmente têm uma de duas geometrias:lateral (definida por dois portões colocados lado a lado) ou vertical (formada por um pilar em um poço quântico). Embora não esteja claro como fazer um ponto quântico lateral magnético, um ponto vertical pode, teoricamente, ser tornado magnético dopando o poço quântico com manganês para dar a ele propriedades magnéticas. Contudo, na realidade, essa ideia enfrenta vários desafios técnicos, como a necessidade de trincheiras profundas, um revestimento isolante no pilar, e alinhamento preciso dos componentes.

p Neste estudo, os pesquisadores superaram esses desafios de fabricação desenvolvendo um processo de várias etapas que usa litografia de feixe de elétrons para cavar valas profundas, cercar o pilar com um portão isolante, e definir os contatos elétricos. Como Gould explicou, a superação dos desafios técnicos envolveu melhorias em diversas áreas.

p "É difícil apontar um elemento-chave de melhoria, como este foi um desenvolvimento litográfico bastante extenso, que envolveu muitas melhorias individuais para as ideias existentes, em oposição a um momento mágico de descoberta, "disse ele." Certamente a identificação da pilha de material certa para trabalhar é um elemento importante. Trabalhando com esses materiais menos conhecidos, Contudo, tem a desvantagem de que muitas das técnicas litográficas precisam ser adaptadas, que proporcionou múltiplos desafios que precisavam ser superados um a um. "

p Para testar os dispositivos, os pesquisadores os resfriaram a temperaturas próximas do zero absoluto e demonstraram que a condutividade dos pontos quânticos muda em resposta a uma voltagem aplicada, indicando que os dispositivos estão funcionando. Os testes também mostraram que os níveis de energia dos pontos quânticos influenciam um campo magnético circundante, demonstrando paramagnetismo gigante - um tipo particular de paramagnetismo que, como o nome implica, é muito mais forte do que o paramagnetismo mais típico visto em compostos de metal.

p “Os testes apresentados no artigo confirmaram que construímos um átomo magnético artificial, nada mais nesta fase, "Disse Gould." A confirmação está no fato de que a evolução do campo magnético dos estados quânticos atômicos segue claramente um comportamento semelhante ao de Brillouin, que é característico do paramagnetismo gigante. O que ainda precisa ser feito é um estudo espectroscópico completo desses pontos. Este tipo de trabalho foi feito extensivamente em pontos não magnéticos na década de 1990 e início de 2000, e, essencialmente, todos esses experimentos agora podem ser repetidos nos pontos magnéticos. "

p Como Gould explicou, os pontos quânticos magnéticos têm aplicações práticas limitadas, mas os resultados podem levar a estudos futuros sobre objetos magnéticos de dimensão zero e uma melhor compreensão dos átomos reais.

p "Posso listar vários aplicativos que envolvem possíveis usos em computação quântica; no entanto, mesmo essas 'aplicações' dificilmente verão a luz do dia fora de um laboratório de pesquisa ou instituição governamental, "Gould disse." A razão é que o tipo de dispositivo que estamos descrevendo aqui é, por razões bastante fundamentais, restrito à operação em temperaturas ultrabaixas abaixo de alguns Kelvin. A criação de tal ambiente requer uma infraestrutura volumosa e cara que provavelmente exclui qualquer futuro aplicativo de mesa.

p "Muito mais interessante, Na minha opinião, para entender por que esses resultados são importantes, é entender a importância que tem para a pesquisa das propriedades dos átomos reais. Esses átomos artificiais têm muitas propriedades que são qualitativamente semelhantes aos átomos reais, e, portanto, são muito úteis como sistemas modelo no estudo de átomos reais. Além disso, as diferenças quantitativas são em alguns casos muito benéficas. Como um exemplo simples, podemos considerar a transição 'singleto-tripleto' de um átomo de hélio. Esta é uma transição quando, em função de um campo magnético, os dois elétrons no átomo, que normalmente tem spin oposto, reorganize para ter rotação paralela. Em um átomo real, isso acontece em campos de quase um milhão de Tesla, que só existem em algo como uma estrela de nêutrons. Esse campo é completamente impossível de criar na Terra, e, portanto, nenhum estudo experimental desta transição pode ser realizado. Por outro lado, a mesma transição em um átomo artificial pode ser projetada para ocorrer em campos de um par de Tesla, que pode ser gerado rotineiramente em praticamente qualquer laboratório. " p Copyright 2012 Phys.org
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