p Em uma pequena prisão quântica, os elétrons se comportam de maneira bem diferente em comparação com suas contrapartes no espaço livre. Eles só podem ocupar níveis de energia discretos, muito parecido com os elétrons em um átomo - por esta razão, tais prisões de elétrons são freqüentemente chamadas de "átomos artificiais". Os átomos artificiais também podem apresentar propriedades além das convencionais, com o potencial para muitas aplicações, por exemplo, em computação quântica. Essas propriedades adicionais foram agora mostradas para átomos artificiais no grafeno de material de carbono. Os resultados foram publicados na revista Nano Letras , o projeto foi uma colaboração de cientistas da TU Wien (Viena, Áustria), RWTH Aachen (Alemanha) e a Universidade de Manchester (GB). p Construindo átomos artificiais

p "Átomos artificiais se abrem novos, possibilidades emocionantes, porque podemos ajustar diretamente suas propriedades ", diz o professor Joachim Burgdörfer (TU Wien, Viena). Em materiais semicondutores, como arsenieto de gálio, aprisionar elétrons em minúsculos confinamentos já demonstrou ser possível. Essas estruturas são freqüentemente chamadas de "pontos quânticos". Assim como em um átomo, onde os elétrons só podem circular o núcleo em certas órbitas, elétrons nesses pontos quânticos são forçados a estados quânticos discretos.

p Possibilidades ainda mais interessantes são abertas usando o grafeno, um material que consiste em uma única camada de átomos de carbono, que tem atraído muita atenção nos últimos anos. "Na maioria dos materiais, elétrons podem ocupar dois estados quânticos diferentes em uma determinada energia. A alta simetria da rede de grafeno permite quatro estados quânticos diferentes. Isso abre novos caminhos para o processamento e armazenamento de informações quânticas ", explica Florian Libisch da TU Wien. No entanto, criar átomos artificiais bem controlados em grafeno acabou sendo extremamente desafiador.

p Vanguarda não é suficiente

p Existem diferentes maneiras de criar átomos artificiais:a mais simples é colocar elétrons em pequenos flocos, recortado de uma fina camada do material. Embora isso funcione para o grafeno, a simetria do material é quebrada pelas bordas do floco que nunca podem ser perfeitamente lisas. Consequentemente, a multiplicidade quádrupla especial de estados no grafeno é reduzida à convencional dupla.

p Portanto, maneiras diferentes tiveram que ser encontradas:Não é necessário usar pequenos flocos de grafeno para capturar elétrons. Usar combinações inteligentes de campos elétricos e magnéticos é uma opção muito melhor. Com a ponta de um microscópio de tunelamento, um campo elétrico pode ser aplicado localmente. Dessa maneira, uma pequena região é criada dentro da superfície de grafeno, em que elétrons de baixa energia podem ser aprisionados. Ao mesmo tempo, os elétrons são forçados a pequenas órbitas circulares pela aplicação de um campo magnético. "Se usássemos apenas um campo elétrico, efeitos quânticos permitem que os elétrons saiam rapidamente da armadilha ", explica Libisch.

p Os átomos artificiais foram medidos no RWTH Aachen por Nils Freitag e Peter Nemes-Incze no grupo do Professor Markus Morgenstern. Simulações e modelos teóricos foram desenvolvidos na TU Wien (Viena) por Larisa Chizhova, Florian Libisch e Joachim Burgdörfer. A amostra de grafeno excepcionalmente limpa veio da equipe em torno de Andre Geim e Kostya Novoselov de Manchester (GB) - esses dois pesquisadores receberam o Prêmio Nobel em 2010 por criar folhas de grafeno pela primeira vez.

p Os novos átomos artificiais agora abrem novas possibilidades para muitos experimentos tecnológicos quânticos:"Quatro estados de elétrons localizados com a mesma energia permitem alternar entre diferentes estados quânticos para armazenar informações", diz Joachim Burgdörfer. Os elétrons podem preservar superposições arbitrárias por muito tempo, propriedades ideais para computadores quânticos. Além disso, o novo método tem a grande vantagem da escalabilidade:deve ser possível encaixar muitos desses átomos artificiais em um pequeno chip para usá-los em aplicações de informação quântica.