Às vezes, uma pequena mudança é suficiente para transformar completamente o comportamento de um material. Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Sydney (UTS), na Austrália, demonstraram que simplesmente alterar o ângulo entre camadas ultrafinas de um material pode modificar significativamente a luz produzida por ele.
O material em questão é o nitreto de boro hexagonal, conhecido pela sigla hBN. Sua estrutura formada por camadas permite que os cientistas separem, girem e empilhem novamente essas folhas microscópicas.
Ao fazer isso, a equipe conseguiu controlar características importantes dos chamados emissores quânticos, incluindo a cor e o comprimento de onda da luz emitida.
A descoberta pode oferecer uma nova maneira de desenvolver componentes ajustáveis para futuras tecnologias de computação quântica, comunicação segura e sensores extremamente precisos.
O que são emissores quânticos?
Emissores quânticos são estruturas capazes de liberar fótons individuais, as partículas fundamentais da luz.
Essa característica faz deles componentes interessantes para diversas tecnologias baseadas na mecânica quântica.
Fótons individuais podem, por exemplo, carregar informações em sistemas de comunicação quântica. Também podem participar de arquiteturas de computação e de sensores capazes de realizar medições extremamente precisas.
O problema é controlar esses emissores.
Segundo Angus Gale, pesquisador responsável pelo estudo supervisionado pelo professor Igor Aharonovich, identificar um emissor quântico experimentalmente é relativamente simples. Transformá-lo em um componente que funcione exatamente como necessário dentro de um dispositivo é muito mais complicado.
A nova técnica tenta resolver justamente parte desse problema.
Cientistas literalmente giraram as camadas do material
A principal vantagem do hBN está em sua estrutura.
Em vez de formar um bloco completamente rígido, o material é composto por camadas extremamente finas que permanecem empilhadas.
Isso permite separá-las e reposicioná-las.
Gale compara a estrutura a fatias de queijo que podem ser retiradas, giradas e colocadas novamente umas sobre as outras.
Nos experimentos, os pesquisadores fizeram algo semelhante em escala microscópica. Eles levantaram determinadas camadas, modificaram sua orientação e depois voltaram a empilhá-las.
Em seguida, observaram como os emissores quânticos reagiam às diferentes configurações.
O resultado mostrou que o ângulo entre as camadas funciona como uma espécie de botão de ajuste para as propriedades ópticas do material.
Um pequeno giro muda a cor da luz
Uma das descobertas mais importantes foi a magnitude das alterações provocadas pela rotação.
Ao mudar o ângulo entre as camadas de hBN, os cientistas conseguiram modificar significativamente o comprimento de onda da luz emitida.
Na prática, isso significa alterar sua cor.
Mais importante do que simplesmente mudar a aparência da emissão é conseguir controlar uma característica fundamental do emissor sem precisar trocar completamente o material ou fabricar outro dispositivo.
Segundo os pesquisadores, o nível de ajuste obtido com a técnica pode superar o alcançado por alguns métodos utilizados atualmente para manipular emissores quânticos.
Existe ainda outra vantagem: o processo pode ser realizado de maneira contínua.
Em vez de fabricar uma estrutura com determinado ângulo e ficar preso àquela configuração, os pesquisadores conseguiram alterar a orientação e acompanhar como as propriedades ópticas respondiam.
O ângulo vira uma nova ferramenta para projetar materiais
A descoberta faz parte de uma área de pesquisa que explora como materiais extremamente finos mudam quando suas camadas são combinadas em diferentes orientações.
Quando duas estruturas são sobrepostas com uma pequena rotação entre elas, as interações entre seus átomos podem produzir propriedades que não aparecem nas camadas isoladamente.
O ângulo passa, portanto, a funcionar como uma nova variável para projetar materiais.
Em vez de modificar apenas a composição química ou a estrutura física, pesquisadores podem explorar diferentes graus de rotação para obter determinados comportamentos.
Para Igor Aharonovich, essa possibilidade aumenta consideravelmente as opções disponíveis para controlar sistemas quânticos.
Materiais como diamante e carbeto de silício também podem hospedar emissores quânticos, mas sua estrutura tridimensional torna esse tipo de manipulação muito mais difícil.
O hBN oferece justamente a vantagem de ser formado por camadas facilmente acessíveis.
Descoberta pode ajudar computadores e comunicações quânticas
A capacidade de controlar emissores individuais de luz pode ter aplicações em diferentes áreas.
Uma delas é a comunicação quântica, na qual fótons podem transportar informações utilizando propriedades da mecânica quântica.
Outra possibilidade está nos computadores quânticos. Dependendo da arquitetura utilizada, fontes controladas de fótons podem desempenhar funções importantes no processamento e na transmissão de informação quântica.
Sensores também aparecem entre as aplicações potenciais.
Sistemas quânticos extremamente sensíveis podem permitir medições de campos magnéticos, movimento, tempo ou outras grandezas com níveis de precisão difíceis de alcançar utilizando tecnologias convencionais.
No futuro, isso poderia ter consequências em áreas tão diferentes quanto medicina, cibersegurança e sistemas avançados de posicionamento.
Ainda estamos longe de encontrar isso em um computador
Apesar das possibilidades, a descoberta não significa que computadores quânticos baseados nesse material estejam prestes a chegar ao mercado.
O trabalho permanece no campo da pesquisa fundamental.
Os cientistas demonstraram uma nova maneira de manipular determinadas propriedades de emissores quânticos, mas transformar essa capacidade em componentes confiáveis, reproduzíveis e fabricados em grande escala exigirá novos estudos.
Mesmo assim, obter controle sobre sistemas quânticos é justamente um dos grandes obstáculos para transformar fenômenos impressionantes observados em laboratório em tecnologias realmente úteis.
Nesse sentido, girar duas camadas microscópicas de um material pode parecer uma mudança pequena. No mundo quântico, porém, alguns graus de diferença podem ser suficientes para abrir possibilidades completamente novas.
[ Fonte: Infobae ]
