Os pesquisadores conseguiram criar um novo efeito de "galeria de sussurros" para os elétrons em uma folha de grafeno - tornando possível controlar com precisão uma região que reflete os elétrons dentro do material. Eles dizem que a realização pode fornecer um bloco de construção básico para novos tipos de lentes eletrônicas, bem como dispositivos baseados em quantum que combinam eletrônica e óptica.

O novo sistema usa uma sonda em forma de agulha que forma a base dos atuais microscópios de varredura por tunelamento (STM), permitindo o controle da localização e do tamanho da região refletora dentro do grafeno - uma forma bidimensional de carbono com apenas um átomo de espessura.

A nova descoberta é descrita em um artigo publicado na revista. Ciência , co-autoria do professor de física do MIT Leonid Levitov e pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), a Universidade de Maryland, Colégio Imperial de Londres, e o Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS) em Tsukuba, Japão.

Quando a ponta afiada do STM está posicionada sobre uma folha de grafeno, ele produz uma barreira circular na folha que "atua como um espelho curvo perfeito" para os elétrons, Levitov diz, refletindo-os de volta para o centro do círculo. Essa refletividade controlável é semelhante, ele adiciona, aos chamados modos de confinamento de "galeria sussurrante" que têm sido usados ​​em sistemas ópticos e acústicos - mas não podem ser sintonizados ou ajustáveis.

"Na ótica, modos de galeria sussurrantes são conhecidos e úteis, "Levitov diz." Eles fornecem ressonâncias de alta qualidade. Mas o problema comum na óptica é que eles não podem ser sintonizados. "Da mesma forma, tentativas anteriores de criar "currais" quânticos para elétrons usaram átomos precisamente posicionados em uma superfície, que não pode ser reconfigurado facilmente.

O confinamento, neste caso, é produzido pela fronteira entre duas regiões diferentes na superfície do grafeno, correspondendo às regiões "p" e "n" em um transistor. Nesse caso, uma região circular logo abaixo da ponta STM assume uma polaridade, e a região circundante a polaridade oposta, criando uma junção circular controlável entre as duas regiões. Os elétrons dentro das folhas de grafeno se comportam como partículas de luz; nesse caso, a junção circular atua como um espelho curvo que pode focalizar e controlar os elétrons.

É muito cedo para prever quais usos específicos podem ser encontrados para esse fenômeno, Levitov diz, mas acrescenta, "Qualquer ressonador pode ser usado para uma variedade de coisas."

p Este ressonador de elétrons combina vários bons recursos. É claro que há algo especial em ter sintonização e também alta qualidade ao mesmo tempo. "

Como o novo sistema é baseado em tecnologia STM bem estabelecida, poderia ser desenvolvido de forma relativamente rápida em dispositivos utilizáveis, Levitov sugere. E convenientemente, o STM não só cria o efeito de galeria sussurrante, mas também fornece um meio de observar os resultados, para estudar o fenômeno. "A ponta tem dupla função neste caso, " ele diz.

p Isso pode ser um passo em direção à criação de lentes eletrônicas, Levitov diz - "um conceito que intriga os pesquisadores do grafeno". Em princípio, isso poderia fornecer uma maneira de observar objetos com um milésimo do tamanho daqueles visíveis usando ondas de luz.

p As lentes eletrônicas representariam uma abordagem fundamentalmente diferente dos microscópios eletrônicos existentes, que bombardeiam uma superfície com feixes de elétrons de alta energia, obliterando quaisquer efeitos sutis dentro dos objetos sendo observados. Lentes de elétrons, por contraste, seria capaz de observar os elétrons de baixa energia do ambiente dentro do próprio objeto.

p Isso poderia tornar possível estudar "coisas sutis sobre como os portadores de carga se comportam em um nível microscópico, que você não pode ver de fora, "Levitov diz.

p O novo trabalho de Levitov e seus colegas fornece uma peça desse sistema - e potencialmente de outros sistemas eletro-ópticos avançados, ele diz, como materiais de refração negativa que foram propostos como uma espécie de "capa da invisibilidade". O novo modo de galeria de sussurros para elétrons é parte de uma caixa de ferramentas que pode levar a uma família inteira de novos dispositivos de óptica eletrônica com base quântica. Também pode ser usado para criar sensores altamente sensíveis, uma vez que tais ressonadores "podem ser usados ​​para aumentar sua sensibilidade a sinais muito pequenos, "Levitov diz.