Descoberta do potencial de um "material milagroso" para a eletrónica do futuro
Equipa de investigação observa efeitos Floquet no grafeno, abrindo caminho para uma tecnologia inovadora
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O grafeno é um material extraordinário - uma folha de átomos de carbono entrelaçados com apenas um átomo de espessura que é estável e extremamente condutora. Isto torna-o útil numa série de áreas, tais como ecrãs electrónicos flexíveis, sensores de alta precisão, baterias potentes e células solares eficientes. Um novo estudo - conduzido pela Universidade de Göttingen, em colaboração com colegas de Braunschweig e Bremen, na Alemanha, e de Friburgo, na Suíça - leva agora o potencial do grafeno a um nível totalmente novo. Pela primeira vez, os investigadores observaram diretamente os "efeitos Floquet" no grafeno. Este facto resolve um debate de longa data: A engenharia Floquet - um método em que as propriedades de um material são alteradas com grande precisão através de impulsos de luz - também funciona em materiais quânticos metálicos e semi-metálicos, como o grafeno. O estudo foi publicado na revista Nature Physics.
O fenómeno físico conhecido como "estados de Floquet", que foi agora observado pela primeira vez no grafeno, tal como imaginado pela artista Lina Segerer. Esta imagem "Cones de Dirac I" explora o conceito de estados de Floquet no grafeno, gerados por impulsos de luz. A pintura mostra a estrutura eletrónica tridimensional do grafeno - conhecida como cones de Dirac - e as suas réplicas criadas pela luz.
Lina Segerer (www.linasegerer.de)
Os investigadores utilizaram a microscopia de momento de femtossegundos para investigar experimentalmente os estados de Floquet no grafeno. Nesta técnica, as amostras são primeiro excitadas com flashes rápidos de luz e depois examinadas com um impulso de luz retardado, a fim de seguir os processos dinâmicos no material. "As nossas medições provam claramente que os 'efeitos Floquet' ocorrem no espetro de fotoemissão do grafeno", explica o Dr. Marco Merboldt, físico da Universidade de Göttingen e primeiro autor do estudo. "Isto torna claro que a engenharia Floquet funciona efetivamente nestes sistemas - e o potencial desta descoberta é enorme." O estudo mostra que a engenharia Floquet funciona em muitos materiais. Isto significa que o objetivo de conceber materiais quânticos com propriedades específicas - e de o fazer com impulsos de laser num período de tempo extremamente curto - está cada vez mais próximo.
Adaptar os materiais desta forma para aplicações específicas poderá constituir a base da tecnologia eletrónica, informática e de sensores do futuro. O Professor Marcel Reutzel, que dirigiu a investigação em Göttingen juntamente com o Professor Stefan Mathias, afirma: "Os nossos resultados abrem novas possibilidades de controlar os estados electrónicos em materiais quânticos através da luz. Isto poderá conduzir a tecnologias em que os electrões são manipulados de forma orientada e controlada". Reutzel acrescenta: "O que é particularmente excitante é que isto também nos permite investigar as propriedades topológicas. Trata-se de propriedades especiais e muito estáveis que têm um grande potencial para o desenvolvimento de computadores quânticos fiáveis ou de novos sensores para o futuro".
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Publicação original
Marco Merboldt, Michael Schüler, David Schmitt, Jan Philipp Bange, Wiebke Bennecke, Karun Gadge, Klaus Pierz, Hans Werner Schumacher, Davood Momeni, Daniel Steil, Salvatore R. Manmana, Michael A. Sentef, Marcel Reutzel, Stefan Mathias; "Observation of Floquet states in graphene"; Nature Physics, Volume 21, 2025-5-6
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