Uma equipa de investigadores internacional, onde se incluem físicos da FCUP, está a tentar perceber como os semi-metais de Dirac-Weyl podem ser usados para equipar computadores quânticos, muitas vezes apelidados de ‘computadores do futuro’. Estes novos materiais, produzidos em laboratório, são cristais sintéticos com propriedades eletrónicas e têm eletrões que se comportam como se não tivessem massa. Esta última característica assegura “muitas consequências na condutividade elétrica, pois são extremamente bons condutores”, explica em comunicado João Pedro Pires, um dos investigadores da equipa e docente na FCUP.
Crê-se que estes materiais são mais robustos que o grafeno e insensíveis a condições aleatórias, como a presença de impurezas, o que os torna mais relevantes no contexto da computação quântica.
Os investigadores iniciaram o estudo em 2019 para aferir como as imperfeições no cristal podem transformar este semi-metal num metal convencional e responder a perguntas como se a introdução de impurezas destrói as desejáveis características eletrónicas nestes materiais. Os estudos anteriores deram indicações controversas neste âmbito, pelo que se tornou necessário aprofundar o tema. Na Universidade da Flórida Central, nos EUA, onde se descobriram os cristais, iniciou-se o estudo teórico. “Descobrimos o mecanismo microscópico que leva a fase semi-metálica dos eletrões a ser destruída pela presença de defeitos. Isto acontece devido à existência de configurações estatisticamente raras, às quais os eletrões se podem ligar em estados localizados no espaço e com energia nula (…) A questão está agora do lado dos físicos experimentalistas que é se este nível de pequenez do efeito é relevante ou não para inviabilizar que este tipo de materiais possa ser aplicados a novas tecnologias quânticas, que no fundo é o objetivo principal destes materiais”, explica o investigador.
“Se a principal questão estiver só em impurezas, os investigadores podem utilizar uma sala mais limpa para produzir estes cristais”, exemplifica João Pedro Pires. Um dos grandes desafios dos computadores quânticos é ultrapassar a sua grande sensibilidade a condições que não controlamos bem, como a temperatura e as impurezas. A questão da sensibilidade assume maior relevância quando estamos perante sensores de radiação infravermelha ou em componentes de laser ultrarrápidos. Estes semi-metais podem vir a equipar computadores quânticos baseados em eletrões, que podem vir a ser miniaturizados mais facilmente que os atuais que funcionam com base em fotões (luz).
O estudo completo foi publicado na Physical Review Research.
