- Pesquisadores desenvolveram uma forma de mover dezenas de milhares de átomos dentro de um material em minutos, a temperatura ambiente, usando um conjunto de algoritmos que guiam um feixe de elétrons a alvos precisos.
- O método cria deslocamentos tridimensionais na rede atômica, permitindo formar defeitos artificiais de forma determinística e repetível, com potencial para propriedades quânticas tunáveis.
- Em testes, foram produzidos mais de quarenta mil defeitos quânticos em um semicondutor cristalino de crômio, usando uma amostra de cerca de treze nanômetros de espessura.
- A técnica oferece vantagens sobre métodos existentes, incluindo funcionamento fora de condições de vácuo extremo e escalabilidade para manipular milhares ou milhões de átomos para estruturas artificiais.
- A pesquisa, publicada na Nature, envolve MIT, Oak Ridge National Laboratory e outras instituições, e aponta caminhos para avanços em computação quântica, memória magnética e dispositivos atômico- lógicos.
Researchers reprogramam materiais ao rearranjar rapidamente seus átomos
Uma equipe de MIT, Oak Ridge National Laboratory (DOE) e outras instituições desenvolveu uma forma de mover milhares de átomos individuais dentro de um material em minutos, a temperatura ambiente. A técnica usa um feixe de elétrons guiado por algoritmos para posicionar átomos com precisão de picômetros, criando defeitos quânticos de forma determinística.
O objetivo é permitir que o material abrigue estados artificiais de matéria em três dimensões, com potenciais aplicações em sensoriamento, óptica e tecnologias magnéticas. Em comparação com métodos anteriores, a nova abordagem atua dentro da rede 3D do sólido, não apenas na superfície.
Ao todo, os pesquisadores produziram mais de 40 mil defeitos quânticos em um cristal semicondutor de crômio sulfeto bromo, com uma amostra de cerca de 13 nanômetros de espessura. Em aproximadamente 40 minutos, diferentes padrões de vazios e intersticiais foram criados para testar propriedades quânticas.
Para demonstrar a escalabilidade, o estudo mostrou a manipulação repetida de colunas de átomos de crômio, movendo blocos inteiros dentro da rede sem condutibilidade externa. O resultado indica que a técnica pode mapear interações eletrônicas em estruturas artificiais complexas.
A experiência foi conduzida com microscópios de alta performance no Oak Ridge National Laboratory, com o uso de algoritmos que guiam o feixe de elétrons a partir de informações suficientemente mínimas para inferir a localização dos átomos. O método mantém danos ao cristal sob controle, acelerando o processo.
O estudo, divulgado em Nature, descreve a metodologia e revela a criação de mais de 40 mil defeitos em tempo recorde, abrindo caminho para pesquisas em comportamento quântico em materiais e para futuras aplicações em computadores quânticos, memória magnética e lógica atômica.
Entre os autores estão Julian Klein e Frances Ross, do MIT, além de colegas do Oak Ridge e de outras instituições, incluindo universidades na República Tcheca e no Reino Unido. A pesquisa recebeu apoio do Department of Energy e da National Science Foundation.
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