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Dec 03, 2023

Desvendando mistérios quânticos: nova ferramenta desembaraça a camada de estados eletrônicos

Pela Universidade de Chicago, 20 de maio de 2023 A nova ferramenta desembaraça os estados eletrônicos. Crédito: Ilustração de Woojoo Lee e Peter Allen Pesquisadores da Universidade de ChicagoFundada em 1890, a

Por Universidade de Chicago, 20 de maio de 2023

A nova ferramenta desembaraça os estados eletrônicos. Crédito: Ilustração de Woojoo Lee e Peter Allen

Researchers at the University of ChicagoFounded in 1890, the University of Chicago (UChicago, U of C, or Chicago) is a private research university in Chicago, Illinois. Located on a 217-acre campus in Chicago's Hyde Park neighborhood, near Lake Michigan, the school holds top-ten positions in various national and international rankings. UChicago is also well known for its professional schools: Pritzker School of Medicine, Booth School of Business, Law School, School of Social Service Administration, Harris School of Public Policy Studies, Divinity School and the Graham School of Continuing Liberal and Professional Studies, and Pritzker School of Molecular Engineering." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">A Escola Pritzker de Engenharia Molecular (PME) da Universidade de Chicago criou um novo instrumento que pode ajudar a revelar a origem dos estados eletrônicos em materiais de engenharia, abrindo caminho para seu uso em futuras aplicações de tecnologia quântica.

O professor assistente Shuolong Yang e sua equipe desenvolveram esta ferramenta inovadora para aprimorar a compreensão dos isoladores topológicos magnéticos - materiais com características de superfície únicas que podem desempenhar um papel crucial no avanço das tecnologias da ciência da informação quântica.

Através de uma técnica chamada fotoemissão no domínio da frequência codificada em camada, os pesquisadores enviam dois pulsos de laser para um material em camadas. As vibrações resultantes, aliadas à medição da energia, permitem aos investigadores montar um “filme” que mostra como os eletrões se movem em cada camada.

“Na nossa vida diária, quando queremos compreender melhor um material – para compreender a sua composição ou se é oco – batemos nele”, disse Yang. “Esta é uma abordagem semelhante em nível microscópico. Nossa nova técnica nos permite ‘bater e ouvir’ materiais em camadas, e nos permitiu mostrar que um isolador topológico magnético específico funciona de maneira diferente do que a teoria prevê.”

The results were published in the journal Nature PhysicsAs the name implies, Nature Physics is a peer-reviewed, scientific journal covering physics and is published by Nature Research. It was first published in October 2005 and its monthly coverage includes articles, letters, reviews, research highlights, news and views, commentaries, book reviews, and correspondence." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Física da Natureza.

Compreender os materiais em camadas é importante porque muitos cientistas de materiais agora projetam e criam materiais em nível atômico em um processo camada por camada, combinando dois ou mais materiais para criar um novo material. Construir esses materiais a partir do zero permite criar materiais com novas propriedades para tecnologias futuras.

Quando os cientistas criaram o isolante topológico magnético de duas camadas (MnBi2Te4)(Bi2Te3) combinando um material magnético com um material não magnético, eles desenvolveram um material com propriedades quânticas exóticas. Os elétrons se movem ao redor do perímetro da superfície, mantendo sua energia e propriedades quânticas. Essa supercorrente poderia ser potencialmente usada para transmitir informações armazenadas em qubits em futuros computadores quânticos.

Como essas camadas são tão finas – da ordem de alguns nanômetros – as ferramentas tradicionais de caracterização de materiais, como a espectroscopia, não conseguem distinguir entre as camadas. Embora os elétrons devessem idealmente se mover em torno da superfície do material magnético, experimentos anteriores feitos por outros grupos mostraram que talvez eles girassem em torno do material não magnético.

Para entender o que acontece nas duas camadas diferentes, a nova ferramenta primeiro envia um pulso infravermelho de femtossegundo (ou um quatrilionésimo de segundo). Este pulso curto faz com que as camadas vibrem de forma diferente, com base na sua composição. Em seguida, os pesquisadores enviam um segundo pulso de laser ultravioleta, que pode medir a energia e o momento dos elétrons no material. Juntas, as duas medições podem registrar o movimento dos elétrons ao longo do tempo.