Cientistas Descobrem um Novo Tipo de Estado Quântico no Grafeno

Crédito: Pixabay

Os electrões forçados a atravessar um labirinto de camadas de carbono torcidas comportam-se de forma inesperada. Investigadores da Universidade de British Columbia, da Universidade de Washington, da Universidade Johns Hopkins e do Instituto Nacional de Ciência dos Materiais do Japão descobriram um novo e estranho estado da matéria nas correntes eléctricas do grafeno.

As suas descobertas confirmam as previsões sobre o comportamento dos electrões em formações cristalinas e poderão inspirar novas abordagens à computação quântica ou aos supercondutores à temperatura ambiente.

“O grafeno consiste em átomos de carbono dispostos num padrão de favo de mel”, explica o coautor do estudo, Joshua Folk, um físico de matéria condensada da UBC. “A forma como os electrões saltam entre estes átomos determina as suas propriedades eléctricas, tornando-o semelhante a metais como o cobre.”

Durante décadas, a estrutura única do grafeno fascinou os cientistas. Os seus electrões livres movem-se como peças de um jogo quântico, permitindo aos investigadores manipular a resistência e descobrir estados exóticos da matéria. Isto torna o grafeno um campo de ensaio ideal para explorar a condutividade de baixa resistência e os efeitos quânticos.

Uma nova reviravolta: efeitos moiré e congelamento de electrões

Um desses efeitos quânticos é o “congelamento” de electrões, em que os electrões se fixam na sua posição, transformando-se de um estado líquido fluido num arranjo estruturado chamado cristal de Wigner. Tradicionalmente, estes cristais tinham formas e comportamentos bem definidos – até agora.

As folhas de grafeno empilhadas podem levar a novas configurações de átomos de carbono entre os quais os electrões se podem mover. (Jynto/Wikimedia Commons/PD/ScienceAlert)

Nesta experiência, os investigadores torceram camadas de grafeno com a espessura de um átomo para criar um efeito moiré – um padrão formado quando duas grelhas se sobrepõem. Esta distorção altera o movimento dos electrões, mudando a sua velocidade e até torcendo o seu movimento ao longo das bordas do material.

“Isso resulta num paradoxo”, diz Folk. “Apesar de formar um cristal ordenado, os electrões continuam a conduzir eletricidade ao longo das fronteiras – algo nunca visto nos cristais de Wigner convencionais.”

Uma nova fronteira na computação quântica

Este comportamento bizarro dos electrões também conduz a fenómenos como o efeito Hall quântico, em que a resistência se torna quantizada. Estes estados quânticos topológicos são uma mina de ouro para os físicos que procuram qubits mais estáveis – componentes chave dos computadores quânticos.

Torcer o grafeno pode ser apenas o começo. A manipulação da geometria à escala atómica pode revelar comportamentos ainda mais estranhos dos electrões, abrindo caminho a novos avanços na tecnologia quântica.

Leia o Artigo Original: Science Alert

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