Explorar as propriedades e comportamentos de partículas quânticas que interagem fortemente é uma das fronteiras da física moderna. Não apenas existem grandes problemas em aberto que aguardam soluções, alguns deles há décadas (pense em supercondutividade de alta temperatura). Igualmente importante, existem vários regimes da física quântica de muitos corpos que permanecem essencialmente inacessíveis com as ferramentas analíticas e numéricas atuais. Para estes casos em particular, buscam-se plataformas experimentais nas quais as interações entre partículas possam ser controladas e sintonizadas, permitindo assim a exploração sistemática de amplas faixas de parâmetros. Uma dessas plataformas experimentais são pilhas cuidadosamente projetadas de materiais bidimensionais (2D). Nos últimos dois anos, esses 'materiais quânticos projetados' permitiram estudos exclusivos de estados eletrônicos correlacionados. No entanto, a força da interação entre os estados quânticos é normalmente fixa quando uma pilha é fabricada. Agora, o grupo do professor Ataç Imamoğlu, do Institute for Quantum Electronics, relata uma maneira de contornar essa limitação. Escrevendo em Ciência , eles introduzem um método versátil que permite o ajuste da força de interação em heteroestruturas 2D através da aplicação de campos elétricos.
Força em uma torção

Os materiais bidimensionais estão no centro das atenções da pesquisa em estado sólido desde o primeiro isolamento e caracterização bem-sucedidos de grafeno - camadas únicas de átomos de carbono - em 2004. O campo se expandiu a uma velocidade de tirar o fôlego desde então, mas recebeu um impulso notável três anos atrás, quando foi demonstrado que duas camadas de grafeno dispostas em um pequeno ângulo em relação uma à outra podem hospedar uma ampla gama de fenômenos intrigantes dominados por interações eletrônicas.

Esses sistemas de 'bicamada torcida', também conhecidos como estruturas moiré, foram posteriormente criados com outros materiais 2D, principalmente com dicalcogenetos de metais de transição (TMDs). No ano passado, o grupo Imamoglu demonstrou que duas camadas simples do material TMD disseleneto de molibdênio (MoSe₂ ), separados por uma barreira de camada única feita de nitreto de boro hexagonal (hBN), produzem estruturas moiré nas quais emergem estados quânticos fortemente correlacionados. Além de estados puramente eletrônicos, esses materiais também exibem estados híbridos luz-matéria, o que acaba permitindo estudar essas heteroestruturas por espectroscopia óptica – algo que não é possível com o grafeno.

Mas por toda a fascinante física de muitos corpos que esses MoSe₂ /hBN/MoSe₂ As estruturas fornecem acesso e compartilham uma desvantagem com muitas outras plataformas de estado sólido:os parâmetros-chave são mais ou menos fixos na fabricação. Para mudar isso, a equipe, liderada pelos pós-doutorandos Ido Schwartz e Yuya Shimazaki, agora adotou uma ferramenta que é amplamente utilizada em experimentos em uma plataforma famosa por sua sintonização, gases quânticos atômicos ultrafrios.

As ressonâncias de Feshbach ficam elétricas

Schwartz, Shimazaki e seus colegas demonstraram que podem induzir em seu sistema a chamada ressonância de Feshbach. Estes permitem, em essência, ajustar a força de interação entre entidades quânticas, trazendo-as em ressonância com um estado vinculado. No caso explorado pela equipe da ETH, esses estados de limites estão entre um éxciton (criado usando as transições ópticas em seu sistema) em uma camada e um buraco na outra camada. Acontece que quando o éxciton e o buraco se sobrepõem espacialmente, então o último pode fazer um túnel para a outra camada e formar uma 'molécula' de éxciton-buraco entre as camadas (veja a figura). Crucialmente, a força de interação entre camadas relevante das interações exciton-buraco pode ser facilmente alterada usando campos elétricos.

Esta sintonização elétrica da energia de ligação das 'moléculas de Feshbach' contrasta com os sistemas atômicos, onde as ressonâncias de Feshbach são tipicamente controladas com campos magnéticos. Além disso, os experimentos de Schwartz, Shimazaki et al. produzem as primeiras ressonâncias de Feshbach que ocorrem em sistemas verdadeiramente 2D, o que é de interesse em si. Mais importante, no entanto, pode ser que as ressonâncias de Feshbach eletricamente ajustáveis ​​exploradas agora no MoSe₂ /hBN/MoSe₂ heteroestruturas devem ser uma característica genérica de sistemas de bicamada com tunelamento coerente de elétrons ou buracos. Isso significa que o 'botão de ajuste' recém-introduzido pode se tornar uma ferramenta versátil para uma ampla gama de plataformas de estado sólido baseadas em materiais 2D - abrindo, por sua vez, perspectivas intrigantes para a exploração experimental mais ampla de sistemas quânticos de muitos corpos. + Explorar mais

Pesquisadores observam moiré trions em bicamadas de dicalcogeneto de metal de transição empilhadas em H