Os sistemas eletrônicos que usam ondas de luz em vez de sinais de tensão são vantajosos, à medida que as ondas de luz eletromagnética oscilam na frequência de petaherz. Isso significa que os computadores do futuro podem operar a velocidades 1 milhão de vezes mais rápidas do que as atuais. Cientistas da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) conseguiram agora usar impulsos de laser ultracurtos para controlar precisamente os elétrons no grafeno.

O controle atual em eletrônicos 1 milhão de vezes mais rápido do que nos sistemas atuais é um sonho para muitos. O controle de corrente é responsável pela transmissão de dados e sinais. Contudo, até agora, tem sido difícil controlar o fluxo de elétrons em metais, como metais refletem ondas de luz, que, portanto, não pode influenciar os elétrons dentro do condutor de metal.

Os físicos da FAU, portanto, se voltaram para o grafeno, um semimetal que compreende apenas uma única camada de carbono e é tão fino que a luz pode penetrar e colocar os elétrons em movimento. Em um estudo anterior, os físicos da cadeira de física do laser já haviam conseguido gerar um sinal elétrico em uma escala de tempo de apenas um femtossegundo usando um pulso de laser muito curto. Isso é equivalente a um milionésimo de um bilionésimo de segundo. Nessas escalas de tempo extremas, os elétrons revelam sua natureza quântica à medida que se comportam como uma onda. A onda de elétrons desliza pelo material conforme é impulsionada pelo pulso de laser.

Os pesquisadores deram um passo adiante no estudo atual. Eles apontaram um segundo pulso de laser para esta onda impulsionada pela luz. Esse segundo pulso permitiu que a onda de elétrons passasse pelo material em duas dimensões. O segundo pulso de laser pode ser usado para desviar, acelerar ou mesmo mudar a direção da onda do elétron. Isso permite a transmissão de informações por esta onda, dependendo da hora exata, força e direção do segundo pulso.

De acordo com os pesquisadores, é possível dar um passo adiante. "Imagine que a onda de elétrons é uma onda na água. As ondas na água podem se dividir por causa de um obstáculo e convergir e interferir quando passam pelo obstáculo. Dependendo de como as sub-ondas estão em relação umas às outras, eles amplificam ou cancelam um ao outro. Podemos usar o segundo pulso de laser para modificar as sub-ondas individuais de uma maneira direcionada e, assim, controlar sua interferência, "explica Christian Heide da cadeira de física do laser." Em geral, é muito difícil controlar fenômenos quânticos, como as características de onda dos elétrons neste caso. Isso ocorre porque é muito difícil manter a onda do elétron em um material, pois a onda do elétron se espalha com outros elétrons e perde suas características de onda. Os experimentos neste campo são normalmente realizados em temperaturas extremamente baixas. Agora podemos realizar esses experimentos em temperatura ambiente, já que podemos controlar os elétrons usando pulsos de laser em velocidades tão altas que não sobra tempo para os processos de dispersão com outros elétrons. Isso nos permite pesquisar vários novos processos físicos que antes não eram acessíveis. "

Os cientistas fizeram um progresso significativo em direção à realização de sistemas eletrônicos que podem ser controlados por ondas de luz. Nos próximos anos, eles estarão investigando se elétrons em outros materiais bidimensionais também podem ser controlados da mesma maneira. “Talvez possamos usar a pesquisa de materiais para modificar as características dos materiais de tal forma que em breve seja possível construir pequenos transistores que possam ser controlados pela luz, "diz Heide.