Estes materiais, extremamente finos (chamados de "filmes finos"), são feitos de uma mistura à base de óxido de ítrio com um pouco de európio, duas "terras raras". O seu interesse? Eles podem armazenar informação quântica por um tempo suficientemente longo - cerca de um microssegundo - o que é muito promissor para criar dispositivos quânticos pequenos e eficientes.
Mas do que estamos falando exatamente?
As tecnologias quânticas buscam utilizar certas propriedades surpreendentes da matéria para melhorar a forma como armazenamos ou transmitimos informação, indo muito além do que as tecnologias clássicas permitem. Um dos grandes desafios é manter essas famosas informações quânticas estáveis por tempo suficiente para que possam ser utilizadas. E para isso, certos materiais, especialmente aqueles contendo íons de európio, são particularmente interessantes.
O problema é que é necessário integrar esses materiais em dispositivos altamente miniaturizados, compatíveis com os componentes eletrônicos atuais, particularmente os feitos de silício (como os chips de nossos computadores e telefones). Para conseguir isso, os pesquisadores precisam criar camadas muito finas de material, mas com qualidade impecável.
É aqui que entra a inovação da equipe do Instituto de Pesquisa em Química de Paris (CNRS/Chimie ParisTech/PSL Université). Eles desenvolveram uma nova técnica de fabricação combinando dois métodos sofisticados: o chemical vapor deposition (ou deposição química em fase vapor, CVD) e o molecular beam epitaxy (ou epitaxia por feixe molecular, MBE).
Filme fino epitaxial Y2O3: Eu 3+ em substrato Gd2O3 /Si.
(a) Vista esquemática da estrutura multicamadas.
(b) Morfologia da superfície do filme Y2O3: Eu 3+ observada por microscopia eletrônica de varredura (MEV).
Graças a essa abordagem híbrida, eles conseguiram depositar em silício uma camada de óxido de ítrio contendo íons de európio Eu3+, com propriedades físicas e quânticas notáveis.
Um detalhe técnico, mas importante: para obter esse resultado, eles adicionaram entre o silício e o material ativo uma fina camada de óxido de gadolínio (Gd2O3). Essa "camada tampão" melhora a qualidade do filme e favorece um melhor comportamento quântico.
Os testes realizados em temperaturas muito baixas confirmaram o potencial dessa estrutura. Os pesquisadores puderam medir que os estados quânticos do európio nesse material duraram um microssegundo, o que é dez vezes melhor que as tentativas anteriores com o mesmo material, e está entre os melhores resultados atualmente no campo. Simplificando, envia-se um pulso de luz no material, ele é absorvido e depois reemitido, e mede-se quanto tempo leva para retornar. Esse tempo dá uma boa ideia da "memória" quântica do material.
Esse resultado abre as portas para uma nova geração de pequenos dispositivos quânticos integrados. Eles poderiam ser usados para armazenar ou transmitir informação na forma de luz, um pouco como bits, mas na versão quântica: qubits ópticos.
E isso é apenas o começo: os pesquisadores esperam poder aplicar seu método a outras terras raras, como o érbio, cujas propriedades são ainda mais adequadas às tecnologias de telecomunicações.
Em resumo, um avanço que aproxima um pouco mais as tecnologias quânticas de um uso concreto e industrial. Uma pesquisa para ser encontrada na revista Nanophotonics.