Pesquisa com lasers faz átomos se moverem e abre caminho para nova tecnologia

East Lansing, Michigan — InkDesign News — Pesquisadores da Michigan State University anunciaram uma descoberta que pode revolucionar os futuros dispositivos eletrônicos ao manipular átomos com feixes de laser ultrarrápidos. O estudo, publicado em setembro na revista Nature Photonics, revelou que a técnica pode resultar em eletrônicos mais eficientes, menores e rápidos, com impacto direto em tecnologias utilizadas no cotidiano, como smartphones e computadores.

O Contexto da Pesquisa

O avanço tecnológico enfrenta limitações crescentes quanto ao tamanho e à eficiência dos materiais eletrônicos. Cientistas de diversas áreas buscam alternativas capazes de superar barreiras físicas impostas pelos semicondutores tradicionais, especialmente diante da iminente chegada da computação quântica. Pesquisadores, como o professor Tyler Cocker e o professor assistente Jose L. Mendoza-Cortes, ambos da Michigan State University, somaram esforços para unir métodos experimentais e computacionais em uma abordagem inovadora da mecânica quântica.

Resultados e Metodologia

No centro do estudo está o material dicalcogeneto de tungstênio, conhecido como WTe2. Formado por uma camada de tungstênio entre duas de telúrio, o WTe2 foi examinado sob um microscópio de varredura de tunelamento capaz de visualizar átomos individualmente. Utilizando pulsos de laser na faixa de terahertz — emitidos centenas de trilhões de vezes por segundo —, os pesquisadores induziram movimentos na camada superficial de átomos do material.

Ao direcionar os pulsos na ponta metálica do microscópio, foi possível “desalinhar” levemente a camada superior de átomos, modificando temporariamente as propriedades eletrônicas do WTe2. O material exibiu assim estados eletrônicos inéditos, comportando-se como um interruptor em escala nanométrica. A equipe registrou imagens dos estados “ligado” e “desligado” criados no experimento.

As simulações computacionais do laboratório de Mendoza-Cortes mostraram que o deslocamento durante o processo chega a 7 picômetros — um valor de difícil observação direta. Confirmou-se também que as frequências observadas são compatíveis entre os experimentos e os modelos quânticos. Daniel Maldonado-Lopez, doutorando no grupo teórico, complementa:

A movimentação ocorre apenas na camada mais superficial, sendo extremamente localizada.
(“The movement only occurs on the topmost layer, so it is very localized.”)

— Daniel Maldonado-Lopez, estudante de doutorado, Michigan State University

Cocker ressalta a surpresa e a motivação pelos próximos passos:

“This experience has been a reminder of what science is really like because we found materials that are working in ways that we didn’t expect. Now, we want to look at something that is going to be technologically interesting for people in the future.”
(Esta experiência nos lembrou do que a ciência realmente é, pois encontramos materiais funcionando de formas inesperadas. Agora, queremos estudar algo de interesse tecnológico para o futuro.)

— Tyler Cocker, professor associado, Michigan State University

Implicações e Próximos Passos

A projeção dos pesquisadores é que técnicas desenvolvidas a partir do WTe2 possam gerar dispositivos ainda menores, com custos reduzidos, velocidades superiores e maior eficiência energética. Esses novos materiais se mostram promissores para compor componentes de processadores e até memórias aplicáveis à computação quântica e à eletrônica tradicional.

A colaboração interdisciplinar, aliando experimentos de ponta à modelagem teórica, abre caminho para explorar inúmeras outras substâncias quânticas de propriedades surpreendentes. Segundo os pesquisadores, o próximo estágio é avaliar a estabilidade e a reprodutibilidade desses fenômenos em aplicações tecnológicas rotineiras.

A equipe destaca a importância de escolhas criteriosas na composição dos materiais que integram os dispositivos do dia a dia, observando também o potencial de ampliar o acesso e baratear futuras tecnologias em benefício social e econômico. O campo vislumbra não apenas novos materiais, mas métodos originais de controle e manipulação de sua condutividade quântica.

Novos experimentos e simulações devem definir os rumos dessa linha de pesquisa, indicando como a “dança” dos átomos em nanomateriais poderá ditar a evolução dos eletrônicos e dos computadores do futuro. Para saber mais sobre ciência de materiais, consulte também nossa tag Ciência.

Fonte: (ScienceDaily – Ciência)