p Uma equipe de pesquisadores das Universidades de Manchester, Nottingham e Loughborough descobriram um fenômeno quântico que ajuda a entender os limites fundamentais da eletrônica de grafeno. p Publicado em Nature Communications , o trabalho descreve como os elétrons em uma única folha atomicamente fina de grafeno se espalham pelos átomos de carbono vibrantes que compõem a estrutura cristalina hexagonal.

p Ao aplicar um campo magnético perpendicular ao plano do grafeno, os elétrons portadores de corrente são forçados a se mover em órbitas circulares fechadas de "cíclotron". Em grafeno puro, a única maneira pela qual um elétron pode escapar dessa órbita é ricocheteando em um "fônon" em um evento de espalhamento. Esses fônons são feixes de energia e momento parecidos com partículas e são os "quanta" das ondas sonoras associadas ao átomo de carbono em vibração. Os fônons são gerados em números crescentes quando o cristal de grafeno é aquecido em temperaturas muito baixas.

p Ao passar uma pequena corrente elétrica pela folha de grafeno, a equipe conseguiu medir com precisão a quantidade de energia e momento que é transferido entre um elétron e um fônon durante um evento de espalhamento.

p O experimento revelou que dois tipos de fônons espalham os elétrons:fônons acústicos transversos (TA), nos quais os átomos de carbono vibram perpendicularmente à direção da propagação do fônon e do movimento das ondas (algo análogo às ondas superficiais na água) e fônons acústicos longitudinais (LA) em que os átomos de carbono vibram para frente e para trás ao longo da direção do fônon e do movimento das ondas; (esse movimento é um tanto análogo ao movimento das ondas sonoras pelo ar).

p As medições fornecem uma medida muito precisa da velocidade de ambos os tipos de fônons, uma medição que de outra forma é difícil de fazer no caso de uma única camada atômica. Um resultado importante dos experimentos é a descoberta de que o espalhamento do fônon TA domina o espalhamento do fônon LA.

p O fenômeno observado, comumente referida como oscilação do magnetofônio, foi medido em muitos semicondutores anos antes da descoberta do grafeno. É um dos mais antigos fenômenos de transporte quântico conhecido há mais de 50 anos, anterior ao efeito Hall quântico. Considerando que o grafeno possui uma série de novidades, propriedades eletrônicas exóticas, este fenômeno fundamental permaneceu oculto.

p Laurence Eaves e Roshan Krishna Kumar, co-autores do trabalho disseram:"Ficamos agradavelmente surpresos ao encontrar tais oscilações magnetofônicas proeminentes aparecendo no grafeno. Também ficamos intrigados por que as pessoas não as tinham visto antes, considerando a extensa quantidade de literatura sobre transporte quântico em grafeno. "

p Sua aparência requer dois ingredientes principais. Primeiro, a equipe teve que fabricar transistores de grafeno de alta qualidade com grandes áreas no Instituto Nacional de Grafeno. Se as dimensões do dispositivo forem menores do que alguns micrômetros, o fenômeno não pode ser observado.

p Piranavan Kumaravadivel da Universidade de Manchester, o principal autor do artigo disse:"No início dos experimentos de transporte quântico, pessoas acostumadas a estudar macroscópico, cristais de tamanho milimétrico. Na maioria dos trabalhos sobre transporte quântico no grafeno, os dispositivos estudados normalmente têm apenas alguns micrômetros de tamanho. Parece que fazer dispositivos de grafeno maiores não é importante apenas para aplicações, mas agora também para estudos fundamentais. "

p O segundo ingrediente é a temperatura. A maioria dos experimentos de transporte quântico de grafeno são realizados em temperaturas ultra-frias para diminuir a vibração dos átomos de carbono e "congelar" os fônons que geralmente quebram a coerência quântica. Portanto, o grafeno é aquecido porque os fônons precisam estar ativos para causar o efeito.

p Mark Greenaway, da Loughborough University, que trabalhou na teoria quântica deste efeito, disse, "Este resultado é extremamente emocionante - ele abre uma nova rota para sondar as propriedades dos fônons em cristais bidimensionais e suas heteroestruturas. Isso nos permitirá entender melhor as interações elétron-fônon nesses materiais promissores, compreender o que é vital para desenvolvê-los para uso em novos dispositivos e aplicativos. "