p Um novo estudo prevê que os pesquisadores podem usar pulsos em espiral de luz laser para mudar a natureza do grafeno, transformando-o de um metal em um isolante e dando a ele outras propriedades peculiares que podem ser usadas para codificar informações. p Os resultados, publicado em 11 de maio em Nature Communications , pavimenta o caminho para experimentos que criam e controlam novos estados da matéria com esta forma especializada de luz, com aplicações potenciais em computação e outras áreas.

p “É como se estivéssemos pegando um pedaço de argila e transformando-o em ouro, e quando o pulso de laser vai embora, o ouro volta a ser argila, "disse Thomas Devereaux, professor do Laboratório Nacional de Aceleração SLAC do Departamento de Energia e diretor do Instituto Stanford de Materiais e Ciências da Energia (SIMES), um instituto conjunto SLAC / Stanford.

p "Mas neste caso, " ele disse, "nossas simulações mostram que podemos, teoricamente, alterar as propriedades eletrônicas do grafeno, virando-o para frente e para trás de um estado metálico, onde os elétrons fluem livremente, para um estado de isolamento. Em termos digitais, é como alternar entre zero e um, ligado e desligado, sim e não; pode ser usado para codificar informações na memória de um computador, por exemplo. O que torna isso legal e interessante é que você pode fazer interruptores eletrônicos com luz em vez de elétrons. "

p Devereaux liderou o estudo com Michael Sentef, que começou o trabalho como pesquisador de pós-doutorado no SLAC e agora está no Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria na Alemanha.

p Ajustando um material maravilhoso

p O grafeno é uma forma pura de carbono com apenas um átomo de espessura, com seus átomos dispostos em um padrão de favo de mel. Celebrado como um material maravilhoso desde sua descoberta há 12 anos, é flexível, quase transparente, um excelente condutor de calor e eletricidade e um dos materiais mais resistentes conhecidos. Mas apesar de muitas tentativas, os cientistas não encontraram uma maneira de transformá-lo em um semicondutor - o material no coração da microeletrônica.

p Um estudo anterior demonstrou que pode ser possível dar um passo nessa direção atingindo um material com luz polarizada circularmente - luz que gira no sentido horário ou anti-horário enquanto viaja, uma qualidade que também pode ser descrita como destros ou canhotos. Isso criaria um "intervalo de banda, "uma gama de energias que os elétrons não podem ocupar, que é uma das marcas registradas de um semicondutor.

p No estudo SIMES, os teóricos usaram o Centro de Computação Científica de Pesquisa Energética Nacional do DOE no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley para realizar simulações em grande escala de um experimento no qual o grafeno é atingido por pulsos circularmente polarizados com alguns milionésimos de bilionésimo de segundo de duração.

p Chegando o mais perto possível do real

p “Estudos anteriores foram baseados em cálculos analíticos e em situações idealizadas, "disse Martin Claassen, um estudante de graduação de Stanford no grupo de Devereaux que fez contribuições importantes para o estudo. "Este tentou simular o que acontece o mais próximo possível das condições experimentais reais, até a forma dos pulsos de laser. Fazer essa simulação pode dizer quais tipos de experimentos são viáveis ​​e identificar regiões onde você pode encontrar as mudanças mais interessantes nesses experimentos. "

p As simulações mostram que a lateralidade da luz laser interagiria com uma ligeira lateralidade no grafeno, que não é totalmente uniforme. Essa interação leva a propriedades interessantes e inesperadas, disse o cientista da equipe do SLAC e co-autor do estudo, Brian Moritz. Não só produz uma lacuna de banda, mas também induz um estado quântico em que o grafeno tem o chamado "número de Chern" de um ou zero, que resulta de um fenômeno conhecido como curvatura de Berry e oferece outro estado ligado / desligado que os cientistas podem explorar.

p Os insights vão além do grafeno

p Embora este estudo não abra imediatamente maneiras de fazer dispositivos eletrônicos, dá aos pesquisadores insights fundamentais que fazem a ciência avançar nessa direção. Os resultados também são relevantes para materiais chamados dichalcogenetos (pronuncia-se dye-cal-CAW-gin-eyeds), que também são folhas bidimensionais de átomos dispostos em uma estrutura em favo de mel.

p Os dichalcogenídeos são o foco de intensa pesquisa no SIMES e em todo o mundo devido ao seu potencial para a criação de dispositivos "valleytronic". Em Valleytronics, os elétrons se movem através de um semicondutor bidimensional como uma onda com dois vales de energia cujas características podem ser usadas para codificar informações. As aplicações possíveis incluem detectores de luz, lógica de computador de baixa energia e chips de armazenamento de dados e computação quântica. Além do trabalho com grafeno, membros da equipe de pesquisa também simulam experimentos envolvendo a interação da luz com dichalcogenídeos.

p "Em última análise, "Moritz disse, "estamos tentando entender como a interação com a luz pode alterar o caráter e as propriedades de um material para criar algo que seja novo e interessante do ponto de vista tecnológico."