O grafeno é uma forma notável de carbono, composto por uma única camada de átomos rigidamente conectados que tem apenas um átomo de espessura. Apesar de sua finura, é extremamente estável e conduz eletricidade de maneira excepcional. Devido a essas características, o grafeno é considerado um “material milagroso” e já está sendo explorado para telas eletrônicas flexíveis, sensores altamente sensíveis, baterias avançadas e células solares de próxima geração.
Um novo estudo liderado pela Universidade de Göttingen, em colaboração com equipes de Braunschweig, Bremen e Friburgo, mostra que o grafeno pode ser capaz de muito mais. Pela primeira vez, os cientistas observaram diretamente os “efeitos Floquet” no grafeno. Essa descoberta resolve uma questão científica que perdurava: a engenharia Floquet, uma técnica na qual pulsos de luz modificam precisamente as propriedades de um material, também pode funcionar em materiais quânticos metálicos e semi-metálicos, como o grafeno. A pesquisa foi publicada na Nature Physics.
Provas Diretas de Estados Floquet no Grafeno
Para investigar esses efeitos, a equipe utilizou a microscopia de momento de femtosegundos, um método que permite aos pesquisadores capturar mudanças extremamente rápidas no comportamento eletrônico. As amostras de grafeno foram iluminadas com pulsos de luz rápidos e, em seguida, examinadas com um pulso atrasado para acompanhar como os elétrons respondiam em escalas de tempo ultracurtas.
“Nossas medições comprovam claramente que ‘efeitos Floquet’ ocorrem no espectro de fotoemissão do grafeno”, afirma o Dr. Marco Merboldt, da Universidade de Göttingen, primeiro autor do estudo. “Isso deixa claro que a engenharia Floquet realmente funciona nesses sistemas — e o potencial dessa descoberta é imenso.” Os resultados demonstram que a engenharia Floquet é eficaz em uma ampla gama de materiais, aproximando os cientistas da capacidade de moldar materiais quânticos com características específicas usando pulsos laser em intervalos extremamente curtos.
Materiais Quânticos Controlados por Luz para Tecnologias Futuras
Poder ajustar materiais com tal precisão poderia estabelecer as bases para futuras eletrônicas, computadores e sensores altamente avançados. O professor Marcel Reutzel, que liderou o projeto em Göttingen junto com o professor Stefan Mathias, explica: “Nossos resultados abrem novas maneiras de controlar estados eletrônicos em materiais quânticos com luz. Isso poderia levar a tecnologias nas quais os elétrons são manipulados de maneira direcionada e controlada.”
Reutzel continua: “O que é particularmente empolgante é que isso também nos permite investigar propriedades topológicas. Essas são propriedades especiais, muito estáveis, que têm grande potencial para desenvolver computadores quânticos confiáveis ou novos sensores para o futuro.”
Essa pesquisa foi apoiada pela Fundação Alemã da Pesquisa (DFG) por meio do Centro de Pesquisa Colaborativa da Universidade de Göttingen “Controle da Conversão de Energia em Escalas Atômicas”.
