Pontos quânticos são materiais com apenas alguns nanômetros de diâmetro, cujas propriedades ópticas e eletrônicas vêm sendo exploradas na fabricação de novas gerações de painéis solares e telas de vídeo mais eficientes. Os pontos quânticos feitos de telureto de mercúrio, porém, apresentam propriedades especiais: confinam elétrons em correntes elétricas sem resistência e com spins ordenados – características essenciais para a criação de novos dispositivos de spintrônica e de computação quântica. “Poucos grupos de pesquisa no mundo conseguem trabalhar com o telureto de mercúrio, entretanto”, explica Denis Cândido, doutor em física pela USP de São Carlos e atualmente pós-doutor na Universidade de Chicago, Estados Unidos. Em sua tese de doutorado defendida ano passado sob a o orientação do físico Carlos Egues, Cândido desmonstra que pontos quânticos muito mais fáceis de se fabricar e manusear, feitos a base de arseneto de índio dopado com bismuto, também podem ter as mesmas propriedades especiais dos pontos de telureto de mercúrio.
Como o vídeo abaixo explica, o telureto de mercúrio pertence a uma classe de materiais conhecida como isolantes topológicos. Pedaços desses materiais são isolantes elétricos em seu interior mas conduzem eletricidade em sua superfície, com a direção dos elétrons dependentes do sentido de seus spins. Essa propriedade impede o espalhamento dos elétrons, fazendo com que sejam conduzidos sem resistência.
Embora o arseneto de índio dopado com bismuto seja um material isolante comum, Cândido e seus colegas descobriram que pontos quânticos feitos desse material também podem ter elétrons se comportando como aqueles na superfície de um isolante topológico. “Mostramos que não existe distinção entre um isolante topológico e certos isolantes ordinários, quando consideramos sistemas quânticos pequenos ou confinados, como um ponto quântico”, explica.
Os resultados da tese foram publicados em dezembro passado na Physical Review Letters. A pesquisa teve apoio financeiro de CNPq, CAPES, UFRN/ MEC, FAPESP, PRP-USP/Q-NANO e NSF.
Artigo científico
Blurring the Boundaries Between Topological and Nontopological Phenomena in Dots
Denis R. Candido, Michael E. Flatte e J. Carlos Egues
Phys. Rev. Lett. 121, 256804
ArXiv:1803.02936
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