p O bom senso pode ditar que para um objeto se mover de um ponto a outro, deve passar por todos os pontos do caminho. p "Imagine alguém dirigindo de Kansas City a Topeka na I-70 - é seguro dizer que ele deve estar em Lawrence em algum momento durante a viagem, "disse Hui Zhao, professor associado de física e astronomia da Universidade de Kansas. "Ou no basquete, quando Josh Jackson da KU recebe um passe alley-oop de Frank Mason III e afunda a bola de cima para baixo da borda, a bola deve estar no aro em algum momento. "

p Não é assim para elétrons no mundo quântico, que não seguem essas regras de bom senso em sua maior parte.

p "Os elétrons podem aparecer no primeiro andar, então o terceiro andar, sem nunca ter estado no segundo andar, "Zhao disse.

p Zhao, junto com o estudante de graduação em física da KU, Frank Ceballos, e o bolsista de auto-graduação Samuel Lane, acaba de observar o movimento contra-intuitivo dos elétrons durante os experimentos no Laboratório de laser ultrarrápido da KU.

p "Em uma amostra feita de três camadas atômicas, elétrons na camada superior movem-se para a camada inferior, sem nunca ser localizado na camada do meio, "disse o pesquisador da KU.

p Como esse tipo de transporte "quântico" é muito eficiente, Zhao disse que pode desempenhar um papel fundamental em um novo tipo de material feito pelo homem chamado "materiais van der Waals", que poderá ser usado um dia em células solares e eletrônicos.

p Suas descobertas acabaram de ser publicadas em Nano Letras , um jornal premier sobre nanociência e nanotecnologia.

p A equipe de pesquisa da KU fabricou a amostra usando o método de "fita adesiva", onde camadas de molécula única são levantadas de um cristal com fita adesiva, então verificado sob um microscópio óptico. A amostra contém camadas de MoS2, WS2 e MoSe ₂ —Cada camada mais fina do que um nanômetro. Todos os três são materiais semicondutores e respondem à luz com cores diferentes. Baseado nisso, os pesquisadores KU usaram um pulso de laser de 100 femtossegundos de duração para liberar alguns dos elétrons na camada superior de MoSe2 para que pudessem se mover livremente.

p "A cor do pulso de laser foi escolhida de forma que apenas os elétrons da camada superior possam ser liberados, "Zhao disse." Em seguida, usamos outro pulso de laser com a cor 'certa' para a camada inferior de MoS2 para detectar o aparecimento desses elétrons nessa camada. O segundo pulso foi propositalmente arranjado para chegar à amostra após o primeiro pulso em cerca de 1 picossegundo, deixando-o percorrer uma distância 0,3 mm maior do que o primeiro. "

p A equipe descobriu que os elétrons se movem da camada superior para a inferior em cerca de um picossegundo, em média.

p "Se os elétrons fossem coisas que seguiriam o 'bom senso, 'como as chamadas partículas clássicas, eles estariam na camada do meio em algum ponto durante este picossegundo, "Zhao disse.

p Os pesquisadores usaram um terceiro pulso com outra cor para monitorar a camada do meio e não encontraram elétrons. A descoberta experimental do transporte contra-intuitivo de elétrons na pilha de camadas atômicas foi posteriormente confirmada por simulações realizadas pelos teóricos Ming-Gang Ju e Xiao Cheng Zeng da Universidade de Nebraska-Lincoln, quem é o co-autor do artigo. De acordo com Zhao, a verificação do transporte quântico de elétrons entre camadas atômicas conectadas pela força de van der Waals é uma notícia encorajadora para pesquisadores que desenvolvem novos materiais.

p "Idade da pedra, Idade do Bronze e Idade do Ferro - os materiais foram o elemento definidor da história humana, ", disse ele." A era da tecnologia da informação moderna é amplamente baseada no silício, que é o resultado de muitas décadas de pesquisa de materiais focada em encontrar novos materiais e desenvolver melhores técnicas para fabricá-los com alta qualidade e baixo custo. "

p Zhao disse que nas últimas décadas os pesquisadores aprenderam a ajustar as propriedades dos materiais mudando seu tamanho e forma em escala nanométrica. Uma nova forma de nanomateriais, conhecidos como materiais bidimensionais, foi descoberto há cerca de uma década. "Eles são formados por camadas únicas de átomos ou moléculas, "disse ele." O exemplo mais conhecido é o grafeno, uma única camada de átomos de carbono. Até aqui, cerca de 100 tipos de materiais bidimensionais foram descobertos, como os três usados ​​neste estudo. Como essas camadas atômicas podem ser empilhadas usando a força de van der Waals, eles abriram um caminho inteiramente novo para fazer novos materiais funcionais. "

p O pesquisador disse que o trabalho de sua equipe se concentrou em um requisito fundamental para que esses materiais sejam ideais para aplicações eletrônicas e ópticas:os elétrons devem ser capazes de se mover entre essas camadas atômicas de forma eficiente.

p "Este estudo mostrou que os elétrons podem ser transferidos entre essas camadas de forma quântica, assim como em outros condutores e semicondutores, " ele disse.