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Nanoestruturas são objeto
de trabalho no IFGW
 Trabalho realizado pelo físico Ezequiel Costa Siqueira
estudou o transporte em nanoestruturas híbridas compostas por
pontos quânticos duplos acoplados a
eletrodos supercondutores e ferromagnéticos. A ideia do trabalho, de acordo
com Siqueira, é mostrar que existem
efeitos interessantes do ponto de vista
de aplicações em spintrônica – tecnologia que explora a propensão quântica dos elétrons e girar, assim como
fazer uso do estado de suas cargas
(spin up e spin down). Segundo o autor, parte do trabalho foi feito através
de cálculo analítico – à mão – e parte
em cálculo numérico computacional. “São efeitos originais. A nanoestrutura proposta em meu trabalho ainda
não havia sido estudada”, afirmou.
Quando iniciou seu trabalho,
Siqueira tinha como objetivo fazer
algo aplicado, que pudesse ser usado
futuramente. Sua experiência é com
materiais supercondutores, cujas
propriedades são muito interessantes – entre elas o processo chamado
refexão de Andreev. “Esse processo
permite usar o supercondutor em
spintrônica”, disse. Propôs, então, em
teoria, uma nanoestrutura constituída
de dois ferromagnetos conectados a
dois pontos quânticos – simulando
uma molécula de dois átomos –
com uma dessas moléculas ligada
a um supercondutor. Considerando
o supercondutor aterrado – sem
potencial – Siqueira aplicou tensões
elétricas em cada um dos ferromagnetos e, posteriormente, analisou a
corrente que passou por este circuito.
O físico percebeu que existem
algumas propriedades que podem ser
usadas em spintrônica. Existe a condutância diferencial negativa – aplica-se uma tensão e em vez da corrente
aumentar ela diminui. Isso, segundo
Siqueira, já foi observado em diodos
túnel, elementos usados em aparelhos
de microeletrônica como osciladores
– parte de circuitos importantes. “Vimos que tem esse efeito, explicamos
em termos do processo de reflexão
de Andreev e depois percebemos
também que esse sistema se comporta
como transistor, ou seja, aplica-se o
potencial em um eletrodo ferromagnético e consegue-se controlar a
corrente através do outro”, ressaltou.
Para ele, ainda existem algumas
coisas a serem feitas, como considerar
a interação elétron-elétron nos pontos quânticos de uma maneira mais
sofisticada, além de outros potenciais
desse sistema, como a computação
quântica, baseada em uma propriedade chamada de emaranhamento de
elétrons. É possível, segundo Siqueira, fazer computadores muito mais
rápidos que os atuais usando essa
propriedade. Isso porque o controle
fornece elétrons emaranhados, portanto esse sistema será importante de
ser estudado. “Com o emaranhamento,
você consegue processar dados muito
mais rapidamente, resultando no chamado computador quântico”, disse.
Do ponto de vista acadêmico, os
resultados apresentados são importantes, principalmente pelos efeitos
de aplicação prática, e a possibilidade
de um sistema para se obter o emaranhamento que é um efeito de ciência
básica. “Percebemos também que
isso abre essa perspectiva, já que é
um efeito interessante combinar esses
pontos quânticos com supercondutor
e ferromagnetos. Aparecem muitas
propriedades e conseguimos variar
muita coisa, ou seja, é um sistema bem
rico do ponto de vista físico”, disse.
Metodologia
O pesquisador foi enfático ao
afirmar que sabia exatamente o que
estudar: ferromagnetismo com supercondutividade e suas possíveis
aplicações. O difícil, segundo ele,
foi construir uma nanoestrutura interessante que fosse possível de
ser modelada, não usando recursos
avançados e sofisticados de computação e, ao mesmo tempo, que fosse
original. “Atualmente, a concorrência
é muito grande com os pesquisadores
chineses nessa área. Eles produzem
muitos artigos, portanto é difícil fazer
algo original. Minha ideia foi, usando
esses elementos, tentar aplicar numa
nanoestrutura híbrida e aí cheguei a
esse modelo e a partir dele fui estudando as propriedades”, observou;
A aplicação dos supercondutores
é muito cara. Esse material do qual,
provavelmente, a estrutura criada pelo
físico poderia ser feita é composto
de supercondutores convencionais. A
sua temperatura crítica é muito baixa.
“Isso inviabiliza devido à utilização
de hélio líquido para o resfriamento,
porque é um produto caríssimo”,
comentou. Uma possibilidade seria
tentar estudar esse mesmo sistema considerando supercondutores
não convencionais, que têm uma
temperatura maior. “Nesse caso
poderíamos usar nitrogênio líquido,
que é muito mais barato”, avaliou.
Porém, outro problema é que esses
materiais são cerâmicos e, consequentemente, não podem ser produzidos
em larga escala. “Não se consegue
crescer cristais de supercondutores
como se faz com semicondutores. Pode ser que mais hora menos hora
isso aconteça”. Basta, prosseguiu
Siqueira, pensar na história da supercondutividade – descoberta no
início do século passado – na qual
até 1950 não havia esperança de
encontrar supercondutor com temperatura mais alta e, em 1988, isso
foi obtido. “Houve, portanto, uma nova corrida para tentar entender essa supercondutividade. Sempre pode
acontecer algo inesperado”, disse.
Aplicações
Siqueira ressaltou que, para que
esses modelos atinjam escala de
produção, depende muito do avanço
na produção de nanoestruturas. Ele
acredita que a proposta possa ser feita em laboratório, porém, em escala
industrial é muito mais complicado
porque materiais supercondutores
não são como semicondutores que
podem ser produzidos em larga escala. “Certamente isso fica restrito
a protótipos. Por exemplo, a construção de um computador quântico
envolveria o resfriamento por hélio
líquido, que é muito caro. Não acredito em produtos, mas é um primeiro passo nessa direção”, avaliou.
Para Siqueira, tudo é possível, uma
vez que a física é atualmente mais
capitalista e menos filosófca. “Hoje
a física tem se norteado pelo desenvolvimento de produtos, pois está
atrelada à tecnologia. Não há como
desenvolver tecnologia sem a física. E a engenharia permite transformar
o que a gente pensa em produtos. No
nosso caso, o objetivo sempre foi fazer
algo aplicado utilizando minha experiência do mestrado”, concluiu.
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Artigos
■ SIQUEIRA, E. C. ; CABRERA, G. G. . Andreev
tunneling through a double quantum-dot system
coupled to a ferromagnet and a superconductor:
Effects of mean-feld electronic correlations.
Physical Review. B, Condensed Matter and
Materials Physics, v. 81, p. 94526, 2010.
■ SIQUEIRA, E. C. ; CABRERA, G. G. .
Magnetoresistance and transistor-like behavior of
double quantum dots connected to ferromagnetic
and superconductor leads 2010 (submetido no
Physical Review B)
■ Tese: “Transporte por refexão de Andreev em
pontos quânticos duplos acoplados a eletrodos
supercondutores e ferromagnéticos”.
Autor: Ezequiel Costa Siqueira
Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun
Unidade: Instituto de Física “Gleb Wataghin”
(IFGW)
Fonte de Financiamento: CNPq
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