Fa­sicos em Regensburg e Marburg adaptaram a interação maºtua de elanãtrons em um sãolido atomicamente fino, simplesmente cobrindo-o com um cristal com dina¢mica de rede escolhida a dedo.

Em um centa­metro caºbico de um sãolido, existem normalmente 10 23 elanãtrons. Nesse sistema massivo de muitos corpos, a interação par-elanãtron-elanãtron aparentemente simples pode causar correlações extremamente complexas e comportamento exa³tico, como a supercondutividade. Este fena´meno qua¢ntico transforma um sãolido em um condutor perfeito, que carrega correntes elanãtricas sem dissipação. Normalmente, esse comportamento éuma caracterí­stica normal de sãolidos específicos. No entanto, a descoberta de materiais em camadas atomicamente finas, como o grafeno - uma monocamada de grafite - ou dichalcogenetos de metal de transição (TMDCs), abriu um novo laboratório criativo para adaptar as interações elanãtron-elanãtron e as transições de fase de forma. Por exemplo, empilhando camadas de grafenosob a¢ngulos específicos, o comportamento supercondutor pode ser criado. No entanto, a teoria também previu que o acoplamento de elanãtrons com vibrações quantizadas da rede cristalina chamada fa´nons pode influenciar criticamente a maneira como os elanãtrons interagem uns com os outros.

Fa­sicos de Regensburg liderados por Rupert Huber em colaboração com o grupo de Ermin Malic na Philipps University em Marburg agora tem uma nova ideia para ajustar a interação entre elanãtrons por acoplamento a s vibrações da rede de cristal polar de uma camada vizinha. Esse cena¡rio pode ser realizado simplesmente cobrindo as monocamadas de TMDC com uma camada de cobertura de gesso, um material comumente usado em moldes de gesso.

Para medir a força de acoplamento entre elanãtrons e fa´nons, os fa­sicos primeiro excitaram os elanãtrons na monocamada semicondutora de TMDC com um pulso de laser ultracurto, deixando buracos correspondentes em seus locais originais. Elanãtrons e buracos carregam cargas opostas e, portanto, estãoligados uns aos outros por sua atração de Coulomb - assim como os elanãtrons são ligados ao núcleo no a¡tomo de hidrogaªnio - formando os chamados excitons. Ao observar sua estrutura de energia semelhante a um a¡tomo com subsequente pulso de luz ultracurto no infravermelho, épossí­vel calibrar a interação entre as duas partículas

A descoberta surpreendente foi que, uma vez que as camadas do TMDC foram cobertas com uma fina capa de gesso, a estrutura dos excitons foi substancialmente modificada. "A mera proximidade espacial da camada de gesso ésuficiente para acoplar fortemente a estrutura interna dos excitons a s vibrações da rede polar do gesso", disse Philipp Merkl, o primeiro autor do estudo.

Embora esse mecanismo de acoplamento conecte elanãtrons e fa´nons em diferentes camadas atomicamente finas, eles interagem tão fortemente que essencialmente se fundem em novaspartículas mistas. Assim que os pesquisadores descobriram, eles começam a brincar com este novo efeito qua¢ntico: ao colocar uma terceira camada atomicamente fina essencialmente inerte como um espaa§ador entre o TMDC e o gesso, eles conseguiram ajustar a distância espacial entre os elanãtrons e os fa´nons com precisão atômica .

"Essa estratanãgia nos permitiu ajustar a força de acoplamento com uma precisão ainda maior", acrescenta o autor correspondente, Dr. Chaw-Keong Yong. "Essas descobertas podem abrir novos caminhos para ajustar correlações eletra´nicas em materiais bidimensionais. No futuro, isso pode permitir transições de fase feitas pelo homem em heteroestruturas empilhadas artificialmente e novas propriedades qua¢nticas físicas, que podem encontrar aplicações em eletra´nica prospectiva sem perdas e informações qua¢nticas dispositivos."