O grafeno é uma forma extraordinária de carbono, consistindo em uma única camada de átomos firmemente conectados com apenas um átomo de espessura. Embora seja fino, é muito estável e conduz eletricidade extremamente bem. Devido a essas propriedades, o grafeno é considerado um “material milagroso” e tem sido explorado para uso em telas eletrônicas flexíveis, sensores altamente sensíveis, baterias avançadas e células solares de última geração.
Um novo estudo liderado pela Universidade de Göttingen em colaboração com equipes de Braunschweig, Bremen e Friburgo mostra que o grafeno pode ter ainda mais funções. Os cientistas observaram diretamente o “efeito Floquet” no grafeno pela primeira vez. A descoberta resolve uma questão científica de longa data: a engenharia Floquet, uma técnica na qual pulsos de luz alteram com precisão as propriedades dos materiais, também pode funcionar em materiais quânticos metálicos e semimetálicos, como o grafeno. O estudo aparece em física natural.
Evidência direta dos estados Floquet no grafeno
Para explorar esses efeitos, a equipe usou microscopia de momento de femtosegundo, um método que permite aos pesquisadores capturar mudanças extremamente rápidas no comportamento dos elétrons. Amostras de grafeno foram iluminadas com pulsos de luz rápidos e depois examinadas com pulsos retardados para rastrear como os elétrons responderam em escalas de tempo ultracurtas.
“Nossas medições demonstram claramente que o ‘efeito Floquet’ ocorre no espectro de emissão de luz do grafeno”, disse o Dr. Marco Merboldt, primeiro autor do estudo da Universidade de Göttingen. “Isto mostra claramente que a engenharia Floquet pode realmente funcionar nestes sistemas, e que o potencial para esta descoberta é enorme.” Seus resultados mostram que a engenharia Floquet é eficaz em uma variedade de materiais. Isso aproxima os cientistas da capacidade de moldar materiais quânticos com propriedades específicas usando pulsos de laser em intervalos de tempo extremamente curtos.
Materiais quânticos controlados por luz para tecnologias futuras
Ser capaz de ajustar materiais com tanta precisão poderia estabelecer as bases para futuros eletrônicos, computadores e sensores altamente avançados. O professor Marcel Reutzel, que lidera o projeto em Göttingen juntamente com o professor Stefan Mathias, explica:”Os nossos resultados abrem novas formas de controlar estados eletrónicos em materiais quânticos com luz. Isto pode levar a técnicas para manipular eletrões de forma direcionada e controlada.”
Reutzel continuou: “O que é particularmente interessante é que isso também nos permite estudar propriedades topológicas. Estas são propriedades especiais e muito estáveis que têm grande potencial para o desenvolvimento futuro de computadores quânticos confiáveis ou novos tipos de sensores.”
Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) através do Centro de Pesquisa Colaborativa “Controle da Conversão de Energia na Escala Atômica” da Universidade de Göttingen.
