“Buracos” representam a ausência de um elétron em um material semicondutor. Esta lacuna eletrônica se comporta como partícula efetiva de carga oposta à do elétron. A carga positiva do buraco – pela falta de uma carga negativa – é análoga ao comportamento das bolhas de ar (falta de água) em um copo de água, que sobem como partículas de massa negativa.
Assim como os elétrons, os buracos são partículas quânticas que podem ser utilizadas para computação quântica, quando então constituem os bits quânticos ou “qubits”. No entanto, para serem “bons qubits”, estes sistemas precisam ter dois estados quânticos (um dubleto) muito próximos em energia e isolados dos demais estados. Além disso, devem ser imunes a influências externas (ambiente).
Recentemente, pesquisadores holandeses [1] demonstraram que o material semicondutor germânio, quando “dopado” de modo a conter buracos, e quando sujeito a tensões mecânicas específicas, poderia apresentar vantagens em relação a outras propostas de qubits de spin em semicondutores.
Pesquisadores do Instituto de Física da UFRJ, André Saraiva, Belita Koiller e Rodrigo Capaz, em colaboração com duas universidades americanas, uma na Austrália e com Luis Terrazos da Universidade Federal de Campina Grande, formularam a explicação teórica do resultado observado pelo grupo europeu. O resultado dos físicos da UFRJ reforça a viabilidade do uso dos buracos em germânio como plataforma para computação quântica no futuro.
[1] N. W. Hendrickx, W. I. L. Lawrie, L. Petit, A. Sammak, G. Scappucci and M. Veldhorst, “A single-hole spin qubit”, Nature Comm. 11, 3478 (2020). https://www.nature.com/articles/s41467-020-17211-7
Texto de divulgação produzido pelos Profs. Belita Koiller e Rodrigo Capaz.
Artigo científico:
L. A. Terrazos, E. Marcellina, Zhanning Wang, S. N. Coppersmith, Mark Friesen, A. R. Hamilton, Xuedong Hu, Belita Koiller, A. L. Saraiva, Dimitrie Culcer, and Rodrigo B. Capaz, “Theory of hole-spin qubits in strained germanium quantum dots”, Phys. Rev. B 103, 125201 (2021).
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