Impressão artística de um sensor quântico de diamante. O 'holofote' representa a luz que passa pelo defeito do diamante e detecta o movimento dos elétrons. Os elétrons são mostrados como esferas vermelhas, seguido por fios vermelhos que revelam seu caminho através do grafeno (uma única camada de átomos de carbono). Crédito:David A. Broadway / cqc2t.org
Pesquisadores da Universidade de Melbourne são os primeiros no mundo a imaginar como os elétrons se movem no grafeno bidimensional, um impulso para o desenvolvimento de eletrônicos de última geração.
Capaz de obter imagens do comportamento de elétrons em movimento em estruturas de apenas um átomo de espessura, a nova técnica supera limitações significativas com métodos existentes para a compreensão de correntes elétricas em dispositivos baseados em materiais ultrafinos.
"Dispositivos eletrônicos de última geração baseados em materiais ultrafinos, incluindo computadores quânticos, será especialmente vulnerável para conter pequenas rachaduras e defeitos que interrompem o fluxo de corrente, "disse o professor Lloyd Hollenberg, Vice-diretor do Centro de Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação (CQC2T) e Thomas Baker Chair da Universidade de Melbourne.
Uma equipe liderada por Hollenberg usou uma sonda quântica especial baseada em um 'centro de cor' de tamanho atômico encontrado apenas em diamantes para criar imagens do fluxo de correntes elétricas no grafeno. A técnica pode ser usada para entender o comportamento do elétron em uma variedade de novas tecnologias.
“A capacidade de ver como as correntes elétricas são afetadas por essas imperfeições permitirá aos pesquisadores melhorar a confiabilidade e o desempenho das tecnologias existentes e emergentes. Estamos muito entusiasmados com este resultado, que nos permite revelar o comportamento microscópico da corrente em dispositivos de computação quântica, grafeno e outros materiais 2D, " ele disse.
"Os pesquisadores da CQC2T fizeram um grande progresso na fabricação em escala atômica de nanoeletrônica em silício para computadores quânticos. Como as folhas de grafeno, essas estruturas nanoeletrônicas têm essencialmente um átomo de espessura. O sucesso de nossa nova técnica de detecção significa que temos o potencial de observar como os elétrons se movem em tais estruturas e ajudar em nossa compreensão futura de como os computadores quânticos irão operar. "
Além de compreender a nanoeletrônica que controla os computadores quânticos, a técnica pode ser usada com materiais 2D para desenvolver eletrônicos de última geração, armazenamento de energia (baterias), visores flexíveis e sensores bioquímicos.
"Nossa técnica é poderosa, mas relativamente simples de implementar, o que significa que pode ser adotado por pesquisadores e engenheiros de uma ampla gama de disciplinas, "disse o autor principal, Dr. Jean-Philippe Tetienne, do CQC2T da Universidade de Melbourne.
"Usar o campo magnético de elétrons em movimento é uma ideia antiga na física, mas esta é uma implementação nova em microescala com aplicações do século XXI. "
O trabalho foi uma colaboração entre sensores quânticos baseados em diamante e pesquisadores de grafeno. Sua experiência complementar foi crucial para superar problemas técnicos com a combinação de diamante e grafeno.
Uma imagem do fluxo atual em grafeno, obtido usando um sensor quântico de diamante. A cor revela onde estão os defeitos, mostrando a intensidade da corrente, ou seja, o número de elétrons que passam por cada segundo. Crédito:Universidade de Melbourne / cqc2t.org
"Ninguém foi capaz de ver o que está acontecendo com as correntes elétricas no grafeno antes, "disse Nikolai Dontschuk, pesquisador de grafeno na Escola de Física da Universidade de Melbourne.
"Construir um dispositivo que combinasse o grafeno com o centro de cor de vacância de nitrogênio extremamente sensível no diamante foi um desafio, mas uma vantagem importante de nossa abordagem é que ela é não invasiva e robusta - não interrompemos a corrente detectando-a desta forma, " ele disse.
Tetienne explicou como a equipe conseguiu usar o diamante para criar uma imagem da correnteza com sucesso.
"Nosso método é lançar um laser verde sobre o diamante, e ver a luz vermelha surgindo da resposta do centro de cor ao campo magnético de um elétron, " ele disse.
"Ao analisar a intensidade da luz vermelha, determinamos o campo magnético criado pela corrente elétrica e somos capazes de imaginá-lo, e literalmente ver o efeito das imperfeições materiais. "
Os resultados das imagens atuais foram publicados hoje na revista. Avanços da Ciência .
