Eletrônica

Valetrônica faz ponte com a computação quântica

Valetrônica faz ponte com a computação quântica
O termo "vale" - origem da valetrônica - refere-se a depressões de energia na estrutura da banda de condução, que descreve a energia dos elétrons (que são ondas) permitidas pela simetria do cristal. Essas regiões formam dois pares de cones, duas colinas, separadas por um vale com um grande momento, portanto muito resistente contra variações de potencial. [Imagem: NRL]

Uma das possibilidades tecnológicas que emergiram com a descoberta do grafeno foi a "valetrônica".

Assim como o spin - a "rotação", ou momento angular orbital - do elétron permitiu o surgimento da spintrônica, a valetrônica baseia-se nos "vales", um novo número quântico associado com uma variação nas propriedades dos elétrons ao longo de um material.

O que se descobriu agora é que é mais fácil do que se supunha fazer valetrônica com o silício, abrindo um campo de pesquisas que pode não apenas superar os gargalos da miniaturização dos transistores, mas estabelecer uma ponte até à computação quântica.

Valetrônica no silício

Vincent Renard e seus colegas da Universidade de Bath, no Reino Unido, demonstraram que é muito mais fácil controlar o spin e o vale dos elétrons do que se supunha porque os físicos geralmente pensam nos elétrons como se eles se movessem de forma totalmente independente uns dos outros. Por isso, parecia que polarizar o spin e polarizar os vales eram coisas excludentes.

Na verdade, o estudo demonstrou como as interações entre os elétrons levam a um comportamento que é qualitativamente diferente daquele que vem sendo explorado até agora. Em termos práticos, um comportamento que facilita o controle dos spins na presença dos vales e vice-versa.

"Nós estamos descobrindo coisas sobre os aspectos fundamentais dos elétrons nos transistores de silício. Como nós podemos controlar a polarização dos vales eletricamente, aproveitar como a física dos vales se relaciona com a física dos spins pode levar a novas formas de desenvolver a spintrônica baseada em silício ou de interfacear a tecnologia CMOS com o processamento quântico de informações usando silício," resumiu o professor Kei Takashina, orientador da equipe.

Valetrônica faz ponte com a computação quântica
O experimento em silício mostra que as possibilidades da valetrônica não se restringem ao grafeno. [Imagem: Takashina Lab/Universidade de Bath]

Ponte da eletrônica para a computação quântica

Na verdade, este experimento esclarece muitos pontos sobre o comportamento dos elétrons em materiais bidimensionais em geral, mostrando que a valetrônica pode se tornar um elemento importante não apenas no grafeno, mas também no siliceno e nos demais materiais monoatômicos ou monocamadas.

Na eletrônica atual, os vales - que descrevem um aspecto de como as ondas de um elétron se relacionam com sua energia - têm sido um complicador importante, na medida em que eles limitam a velocidade com que os elétrons podem se mover no silício sem começar a se espalhar.

Na computação quântica, por sua vez, os vales são uma fonte de decoerência, um fenômeno que causa a perda da informação de um qubit.

A possibilidade de uni-los em um comportamento qualitativamente diferente, e até mesmo sinérgico, pode mudar todo este quadro.

Bibliografia:

Valley polarization assisted spin polarization in two dimensions
Vicent T. Renard, B. A. Piot, X. Waintal, G. Fleury, D. Cooper, Y. Niida, D. Tregurtha, A. Fujiwara, Y. Hirayama, Kei Takashina
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 7230
DOI: 10.1038/ncomms8230




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