p Físicos em Regensburg e Marburg adaptaram a interação mútua de elétrons em um sólido atomicamente fino, simplesmente cobrindo-o com um cristal com dinâmica de rede escolhida a dedo. p Em um centímetro cúbico de um sólido, normalmente são 10 ²³ elétrons. Neste enorme sistema de muitos corpos, interação elétron-elétron aparentemente simples pode causar correlações extremamente complexas e comportamento exótico, como supercondutividade. Este fenômeno quântico transforma um sólido em um condutor perfeito, que carrega correntes elétricas sem dissipação. Usualmente, este comportamento é uma característica normal de sólidos específicos. Ainda, a descoberta de materiais em camadas atomicamente finas, como o grafeno - uma monocamada de grafite - ou dichalcogenetos de metais de transição (TMDCs), abriu um novo laboratório criativo para adaptar as interações elétron-elétrons e moldar as transições de fase. Por exemplo, empilhando camadas de grafeno sob ângulos específicos, comportamento supercondutor pode ser criado. Ainda, a teoria também previu que o acoplamento de elétrons com vibrações quantizadas da rede cristalina chamada fônons pode influenciar criticamente a maneira como os elétrons interagem uns com os outros.

p Físicos de Regensburg liderados por Rupert Huber em colaboração com o grupo de Ermin Malic na Philipps University em Marburg agora têm uma nova ideia para ajustar a interação entre elétrons por acoplamento às vibrações da rede de cristal polar de uma camada vizinha. Este cenário pode ser realizado simplesmente cobrindo monocamadas de TMDC com uma camada de cobertura de gesso, um material comumente usado em moldes de gesso.

p Para medir a força de acoplamento entre elétrons e fônons, os físicos primeiro excitaram os elétrons na monocamada semicondutora de TMDC com um pulso de laser ultracurto, deixando buracos correspondentes em seus locais originais. Elétrons e buracos carregam cargas opostas e, portanto, estão ligados uns aos outros por sua atração de Coulomb - assim como os elétrons são ligados ao núcleo no átomo de hidrogênio - formando os chamados excitons. Ao observar sua estrutura de energia semelhante a um átomo com subsequente pulso de luz ultracurto no infravermelho, é possível calibrar a interação entre as duas partículas.

p A descoberta surpreendente foi que, uma vez que as camadas de TMDC foram cobertas com uma tampa de gesso fina, a estrutura dos excitons foi substancialmente modificada. "A mera proximidade espacial da camada de gesso é suficiente para acoplar fortemente a estrutura interna dos excitons às vibrações da rede polar de gesso, "diz Philipp Merkl, o primeiro autor do estudo.

p Mesmo que este mecanismo de acoplamento conecte elétrons e fônons em diferentes camadas atomicamente finas, eles interagem tão fortemente que essencialmente se fundem em novas partículas misturadas. Assim que os pesquisadores descobriram, eles começaram a brincar com este novo efeito quântico:Ao colocar uma terceira camada atomicamente fina essencialmente inerte como um espaçador entre o TMDC e o gesso, eles conseguiram ajustar a distância espacial entre os elétrons e os fônons com precisão atômica.

p "Essa estratégia nos permitiu ajustar a força de acoplamento com uma precisão ainda maior, "O autor correspondente, Dr. Chaw-Keong Yong, acrescenta." Essas descobertas podem abrir novos caminhos para ajustar correlações eletrônicas em materiais bidimensionais. No futuro, isso poderia permitir transições de fase feitas pelo homem em heteroestruturas empilhadas artificialmente e novas propriedades quânticas físicas, que poderia encontrar aplicações em dispositivos eletrônicos sem perdas potenciais e dispositivos de informação quântica. "