p Resultados experimentais mistificadores obtidos independentemente por dois grupos de pesquisa nos EUA pareciam mostrar buracos acoplados e elétrons movendo-se na direção oposta à teoria. p Agora, um novo estudo teórico explicou o resultado anteriormente misterioso, mostrando que este fenômeno aparentemente contraditório está associado ao bandgap em estruturas de grafeno de camada dupla, um bandgap que é muito menor do que em semicondutores convencionais.

p Os autores do estudo, que incluiu o colaborador FLEET David Neilson na University of Camerino e FLEET CI Alex Hamilton na University of New South Wales, descobriram que a nova teoria multibanda explica completamente os resultados experimentais anteriormente inexplicáveis.

p Transporte de exciton

p O transporte Exciton oferece uma grande promessa aos pesquisadores, incluindo o potencial para eletrônicos futuros de dissipação ultrabaixa.

p Um exciton é uma partícula composta:um elétron e um 'buraco' (uma 'quasipartícula' carregada positivamente causada pela ausência de um elétron) unidos por suas cargas elétricas opostas.

p Em uma excitação indireta, elétrons livres em uma folha 2-D podem ser eletrostaticamente ligados a buracos que são livres para viajar na folha 2-D vizinha.

p Como os elétrons e buracos estão cada um confinados em suas próprias folhas 2-D, eles não podem se recombinar, mas eles podem se ligar eletricamente se as duas folhas 2-D estiverem muito próximas (alguns nanômetros).

p Se os elétrons na folha superior ('unidade') forem acelerados por uma tensão aplicada, então, cada orifício de parceria na folha inferior ('arrastar') pode ser 'arrastado' por seu elétron.

p Este 'arrasto' no furo pode ser medido como uma tensão induzida através da folha de arrasto, e é referido como arrasto de Coulomb.

p Um objetivo em tal mecanismo é que o exciton permaneça ligado, e viajar como um superfluido, um estado quântico com viscosidade zero, e, portanto, sem dissipação desperdiçada de energia.

p Para atingir este estado superfluido, materiais 2-D projetados com precisão devem ser mantidos a apenas alguns nanômetros de distância, de forma que o elétron ligado e o buraco estão muito mais próximos um do outro do que de seus vizinhos na mesma folha.

p No dispositivo estudado, uma folha de nitreto de boro hexagonal (hBN) separa duas folhas de grafeno de bicamada atomicamente fina (2-D), com o isolante hBN evitando a recombinação de elétrons e lacunas.

p Passar uma corrente por uma folha e medir o sinal de arrasto na outra folha permite que os experimentadores meçam as interações entre os elétrons em uma folha e os buracos na outra, e para finalmente detectar uma assinatura clara de formação de superfluido.

p Apenas recentemente, novo, Heteroestruturas 2-D com barreiras isolantes suficientemente finas foram desenvolvidas para nos permitir observar características trazidas por fortes interações elétron-buraco.

p Explicando o inexplicável:arrasto negativo

p Contudo, experimentos publicados em 2016 mostraram resultados extremamente intrigantes. Sob certas condições experimentais, o arrasto de Coulomb foi considerado negativo - ou seja, mover um elétron em uma direção fez com que o buraco na outra folha se movesse na direção oposta!

p Esses resultados não podem ser explicados pelas teorias existentes.

p Neste novo estudo, esses resultados intrigantes são explicados por meio de processos multibanda cruciais que não haviam sido considerados anteriormente em modelos teóricos.

p Estudos experimentais anteriores de arrasto de Coulomb foram realizados em sistemas convencionais de semicondutores, que têm bandgaps muito maiores.

p No entanto, o grafeno de duas camadas tem um bandgap muito pequeno, e pode ser alterado pelos campos elétricos perpendiculares dos portões de metal posicionados acima e abaixo da amostra.

p O cálculo do transporte nas bandas de condução e valência em cada uma das bicamadas de grafeno foi o 'elo perdido' que une a teoria aos resultados experimentais. O estranho arrasto negativo acontece quando a energia térmica se aproxima da energia do bandgap.

p Os fortes efeitos multibanda também afetam a formação de superfluidos de exciton na bicamada de grafeno, portanto, este trabalho abre novas possibilidades para a exploração de superfluidos de excitons.

p O estudo, "Mecanismo Multibanda para a Reversão do Sinal do Arrasto de Coulomb Observado em Heteroestruturas de Grafeno de Dupla Camada, "por M. Zarenia, A.R. Hamilton, F.M. Peeters e D. Neilson foi publicado em Cartas de revisão física em julho de 2018.

p Superfluidos e FROTA

p Os superfluidos Exciton são estudados dentro do Tema de Pesquisa 2 da FLEET por seu potencial para transportar corrente eletrônica de dissipação zero, e assim permitir o projeto de transistores de exciton de ultra-baixa energia.

p O uso de folhas gêmeas atomicamente finas (2-D) para transportar os excitons permitirá o fluxo de superfluido à temperatura ambiente, o que é fundamental para que a nova tecnologia se torne uma tecnologia viável 'além do CMOS'. Um transistor de exciton de bicamada seria uma chave sem dissipação para o processamento de informações.

p Em um superfluido, o espalhamento é proibido pelas estatísticas quânticas, o que significa que elétrons e lacunas podem fluir sem resistência.

p Neste single, estado quântico puro, todas as partículas fluem com o mesmo momento, de modo que nenhuma energia pode ser perdida por dissipação.

p FLEET (o Centro de Excelência do Conselho de Pesquisa Australiano em Tecnologias Eletrônicas de Baixa Energia do Futuro) reúne mais de uma centena de especialistas australianos e internacionais, com a missão compartilhada de desenvolver uma nova geração de eletrônicos de ultra-baixa energia.

p O ímpeto por trás desse trabalho é o desafio crescente da energia usada na computação, que usa 5–8% da eletricidade global e está dobrando a cada década.

p Um dos principais desafios desses dispositivos ultraminiaturas é o superaquecimento - suas superfícies ultrapequenas limitam seriamente as formas de escape do calor das correntes elétricas.