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O desenvolvimento de novas tecnologias de informação e comunicação coloca novos desafios aos cientistas e à indústria. Projetar novos materiais quânticos – cujas propriedades excepcionais derivam da física quântica – é a maneira mais promissora de enfrentar esses desafios. Uma equipe internacional liderada pela Universidade de Genebra (UNIGE) e incluindo pesquisadores das universidades de Salerno, Utrecht e Delft, projetou um material no qual a dinâmica dos elétrons pode ser controlada curvando o tecido do espaço em que eles evoluem. Essas propriedades são de interesse para dispositivos eletrônicos de próxima geração, incluindo a optoeletrônica do futuro. Esses resultados podem ser encontrados na revista Materiais da Natureza.
As telecomunicações do futuro exigirão dispositivos eletrônicos novos e extremamente poderosos. Estes devem ser capazes de processar sinais eletromagnéticos em velocidades sem precedentes, na faixa dos picossegundos, ou seja, um milésimo de bilionésimo de segundo. Isso é impensável com os materiais semicondutores atuais, como o silício, amplamente utilizado nos componentes eletrônicos de nossos telefones, computadores e consoles de jogos. Para conseguir isso, os cientistas e a indústria estão se concentrando no design de novos materiais quânticos.
Graças às suas propriedades únicas – especialmente as reações coletivas dos elétrons que os compõem – esses materiais quânticos poderiam ser usados para capturar, manipular e transmitir sinais portadores de informação (por exemplo, fótons, no caso das telecomunicações quânticas) dentro de novas tecnologias eletrônicas. dispositivos. Além disso, eles podem operar em faixas de frequência eletromagnética ainda não exploradas e, assim, abrir caminho para sistemas de comunicação de altíssima velocidade.
Um motor de dobra
”Uma das propriedades mais fascinantes da matéria quântica é que os elétrons podem evoluir em um espaço curvo. Os campos de força, devido a essa distorção do espaço habitado pelos elétrons, geram uma dinâmica totalmente ausente nos materiais convencionais. Esta é uma excelente aplicação do princípio da superposição quântica”, explica Andrea Caviglia, professora titular do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE e última autora do estudo.
Após um estudo teórico inicial, a equipe internacional de pesquisadores das Universidades de Genebra, Salerno, Utrecht e Delft projetou um material no qual a curvatura do tecido espacial é controlável. ”Nós projetamos uma interface que hospeda uma camada extremamente fina de elétrons livres. Está entre o titanato de estrôncio e o aluminato de lantânio, que são dois óxidos isolantes”, diz Carmine Ortix, professor da Universidade de Salerno e coordenador do estudo teórico. Esta combinação nos permite obter configurações geométricas eletrônicas particulares que podem ser controladas sob demanda.
Um átomo de cada vez
Para conseguir isso, a equipe de pesquisa usou um sistema avançado para fabricar materiais em escala atômica. Usando pulsos de laser, cada camada de átomos foi empilhada uma após a outra. “Esse método nos permitiu criar combinações especiais de átomos no espaço que afetam o comportamento do material”, detalham os pesquisadores.
Embora a perspectiva de uso tecnológico ainda esteja distante, esse novo material abre novos caminhos na exploração da manipulação de sinais eletromagnéticos de altíssima velocidade. Esses resultados também podem ser usados para desenvolver novos sensores. O próximo passo para a equipe de pesquisa será observar melhor como esse material reage a altas frequências eletromagnéticas para determinar com mais precisão suas possíveis aplicações.
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