Nos últimos anos, um fenômeno chamado efeito Hall quântico surgiu como uma plataforma para hospedar recursos exóticos chamados quasipartículas, com propriedades que podem levar a aplicações interessantes em áreas como a computação quântica. Quando um campo magnético forte é aplicado a um material ou gás 2D, os elétrons na interface, ao contrário dos que estão dentro do volume, são livres para se mover ao longo das bordas nos chamados modos ou canais de borda - um pouco semelhantes às pistas de rodovias. Esse movimento de borda, que é a essência do efeito Hall quântico, pode levar a muitas propriedades interessantes, dependendo do material e das condições.
Para elétrons convencionais, a corrente flui apenas em uma direção ditada pelo campo magnético ('downstream'). No entanto, os físicos previram que alguns materiais podem ter canais de contrapropagação onde algumas quasipartículas também podem viajar na direção oposta ('upstream'). Embora esses canais a montante sejam de grande interesse para os cientistas porque podem hospedar uma variedade de novos tipos de quasipartículas, eles têm sido extremamente difíceis de identificar porque não carregam nenhuma corrente elétrica.

Em um novo estudo, pesquisadores do Instituto Indiano de Ciências (IISc) e colaboradores internacionais fornecem evidências de "arma fumegante" para a presença de modos upstream ao longo dos quais certas quasipartículas neutras se movem em grafeno de duas camadas. Para detectar esses modos ou canais, a equipe usou um novo método empregando ruído elétrico – flutuações no sinal de saída causadas pela dissipação de calor.

"Embora as excitações a montante sejam neutras em carga, elas podem transportar energia térmica e produzir um ponto de ruído ao longo da direção a montante", explica Anindya Das, Professora Associada do Departamento de Física e autora correspondente do estudo publicado em Nature Communications .

Quasipartículas são em grande parte excitações que surgem quando partículas elementares como elétrons interagem entre si ou com a matéria ao seu redor. Eles não são verdadeiramente partículas, mas têm partículas semelhantes, como massa e carga. O exemplo mais simples é um 'buraco' - uma vacância onde falta um elétron em um determinado estado de energia em um semicondutor. Ele tem uma carga oposta à do elétron e pode se mover dentro de um material assim como o elétron. Pares de elétrons e buracos também podem formar quasipartículas que podem se propagar ao longo da borda do material.

Em estudos anteriores, os pesquisadores mostraram que pode ser possível detectar quasipartículas emergentes como os férmions de Majorana no grafeno; a esperança é aproveitar essas quase-partículas para eventualmente construir computadores quânticos tolerantes a falhas. Para identificar e estudar tais partículas, é fundamental detectar os modos upstream que podem hospedá-las. Embora tais modos a montante tenham sido detectados anteriormente em sistemas baseados em arseneto de gálio, nenhum foi identificado até agora em grafeno e materiais baseados em grafeno, que oferecem muito mais promessas quando se trata de aplicações futuristas.

No estudo atual, quando os pesquisadores aplicaram um potencial elétrico à borda do grafeno de duas camadas, descobriram que o calor era transportado apenas nos canais a montante e dissipado em certos “pontos quentes” nessa direção. Nesses pontos, o calor gerava ruído elétrico que poderia ser captado por um circuito de ressonância elétrica e analisador de espectro.

Os autores também descobriram que o movimento dessas quasipartículas nos canais a montante era "balístico" - a energia térmica fluía de um hotspot para outro sem nenhuma perda - ao contrário do transporte "difusivo" observado anteriormente em sistemas baseados em arseneto de gálio. Esse movimento balístico também é indicativo da presença de estados e recursos exóticos que podem ajudar a construir componentes quânticos com eficiência energética e sem falhas no futuro, de acordo com os autores. + Explorar mais

Partículas quânticas exóticas — menos campo magnético necessário