Cientistas revelam bandas eletrônicas planas, revolucionando o potencial da tecnologia quântica

São PauloPesquisadores da Universidade Rice descobriram a possível existência de bandas eletrônicas planas no nível de Fermi. Esta descoberta pode contribuir para o avanço da computação quântica e dos dispositivos eletrônicos. O estudo foi publicado na Nature Communications em 19 de junho.

Materiais quânticos seguem os princípios da mecânica quântica. Nestes materiais, os elétrons possuem níveis de energia específicos, sendo que o nível mais alto é chamado de energia de Fermi. Os elétrons se repelem e seus movimentos estão interconectados. A equipe liderada por Qimiao Si descobriu que essas interações podem gerar novos níveis de energia achatados no nível de Fermi, tornando-os mais significativos.

Bandas eletrônicas planas intensificam as interações entre elétrons. Isso pode levar a novos estados quânticos e comportamentos de baixa energia únicos. Essas bandas são especialmente relevantes em materiais com elétrons d, que são íons de metais de transição. Esses materiais possuem estruturas cristalinas distintas e propriedades especiais.

Os resultados da equipe indicam:

• Novas abordagens para projetar materiais com elétrons d
• Possíveis novas aplicações em bits quânticos (qubits)
• Utilizações em spintrônica

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Os pesquisadores descobriram que as interações entre elétrons podem conectar estados de elétrons estacionários e em movimento. Eles demonstraram isso com um modelo teórico. Essas interações podem causar um novo tipo de efeito Kondo, onde partículas inicialmente estacionárias ganham a capacidade de se mover ao interagir com elétrons em movimento na energia de Fermi.

Materiais anyônicos podem ser úteis para bits quânticos (qubits). Materiais que possuem férmions de Weyl podem ser aplicados em eletrônica baseada em spin. Esses materiais podem reagir bem a sinais externos e permitir um controle quântico avançado.

Colaboradores desta pesquisa incluem:

• Fang Xie e Shouvik Sur, pós-doutorandos de física e astronomia em Rice
• Haoyu Hu, ex-aluno de Rice e pós-doutorando no Donostia International Physics Center
• Silke Paschen, física na Universidade de Tecnologia de Viena
• Jennifer Cano, física teórica na Universidade de Stony Brook e no Instituto Flatiron