FísicaNova tecnologia de imagem captura movimento de partículas quânticas com resolução sem precedentes

Os cientistas desenvolveram uma técnica de imageamento espaço-temporal única na escala nanométrica de femtossegundos e observaram a dinâmica do exciton-polariton em disseleneto de tungstênio, um material semicondutor, à temperatura ambiente.
Redação6 meses atrás5 min
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Excitons – quasipartículas eletricamente neutras – têm propriedades extraordinárias. Eles existem apenas em materiais semicondutores e isolantes e podem ser facilmente acessados ​​em materiais bidimensionais (2D) com poucos átomos de espessura, como carbono e molibdenita. Quando esses materiais 2D são combinados, eles exibem propriedades quânticas que nenhum desses materiais possui sozinho.

Um novo estudo da Universidade de Tel Aviv explora a geração e propagação de excitons em materiais 2D dentro de um período de tempo pequeno sem precedentes e com uma resolução espacial extraordinariamente alta. A pesquisa foi conduzida pelo Prof. Haim Suchowski e pelo Dr. Michael Mrejen da Faculdade de Ciências Exatas Raymond & Beverly Sackler e publicada na Science Advances em 1º de fevereiro.

A mecânica quântica é uma teoria fundamental da física que descreve a natureza nas menores escalas de energia. “Nossa nova tecnologia de imagem captura o movimento de excitons em um curto espaço de tempo e em escala nanométrica”, diz o Dr. Mrejen. “Esta ferramenta pode ser extremamente útil para dar uma olhada na resposta do material nos primeiros momentos em que a luz a afetou.”

“Tais materiais podem ser usados ​​para desacelerar significativamente a luz para manipulá-la ou até mesmo armazená-la, recursos altamente procurados para comunicações e para computadores quânticos baseados em fotônica”, explica Prof. Suchowski. “Do ponto de vista da capacidade do instrumento, este tour de force abre novas oportunidades para visualizar e manipular a resposta ultrarrápida de muitos outros sistemas de material em outros regimes de espectro, como o alcance do infravermelho médio em que muitas moléculas vibram.”

Os cientistas desenvolveram uma técnica de imageamento espaço-temporal única na escala nanométrica de femtossegundos e observaram a dinâmica do exciton-polariton em disseleneto de tungstênio, um material semicondutor, à temperatura ambiente.

exciton-polariton é uma criatura quântica gerada pelo acoplamento de luz e matéria. Devido ao material específico estudado, a velocidade de propagação medida foi de cerca de 1% da velocidade da luz. Nesta escala de tempo, a luz consegue viajar apenas algumas centenas de nanômetros.

“Sabíamos que tínhamos uma ferramenta de caracterização única e que esses materiais 2D eram bons candidatos para explorar um comportamento interessante na interseção ultra-rápida”, diz Mrejen. “Eu devo acrescentar que o material, o disseleneto de tungstênio, é extremamente interessante do ponto de vista de aplicações. Ele sustenta tais estados acoplados à matéria leve em dimensões muito confinadas, até a espessura de um átomo, à temperatura ambiente e na faixa espectral visível.”

Os pesquisadores estão agora explorando maneiras de controlar a velocidade das ondas semicondutoras, por exemplo, combinando vários materiais 2D em pilhas. [Phys]


M. Mrejen et al, Transient exciton-polariton dynamics in WSe2 by ultrafast near-field imaging, Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aat9618.

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