Cientistas conseguiram reproduzir um dos fenômenos mais misteriosos da Física Quântica

Físicos do Joint Institute of Laboratory Astrophysics (JILA), no Colorado, EUA, conseguiram imitar um dos fenômenos mais misteriosos da Física Quântica – um estranho estado magnético “sintético” que anteriormente só tinha sido visto em materiais sólidos difíceis de serem estudados.

Isso significa que a equipe pode finalmente criar um modelo experimental para testar o comportamento do estado, que poderia desempenhar um papel importante no desenvolvimento de computadores quânticos e dispositivos spintrônicos ultrarrápidos, segundo informações da Science Alert.

O estado magnético sintético foi modelado a partir de um pulso de disparo atômico que geralmente é utilizado para manter um tempo mais preciso, graças aos lasers que isolam os átomos e que usam seus elétrons para funcionamento. Neste caso, o impulso dos átomos confinados ocorreu em razão de um efeito chamado túnel quântico, que serviu de modelo para a interação spin-órbita geralmente vista em elétrons de sólidos cristalinos.

Os sólidos cristalinos são um tipo de “sólidos verdadeiros”, que têm seus átomos ou moléculas ordenados de forma simétrica e repetitiva. Minerais de estrutura cúbica, como os diamantes, são considerados sólidos cristalinos, bem como os metais, como o ouro. Em uma escala macro, temos uma boa compreensão de como tais materiais funcionam. No entanto, em escala quântica, quando olhamos individualmente para cada átomo, eles exibem algumas propriedades estranhas.

Um destas, chamada de acoplamento spin-órbita, fala sobre elétrons individuais que se comportam como se possuíssem propriedades magnéticas. Neste acoplamento, a rotação de um elétron, ou direção de movimento, é travada em sua órbita em torno do núcleo, criando diversos efeitos estranhos, porém úteis, tal como uma força magnética fraca.

Este fenômeno é considerado uma das características mais importantes dos materiais topológicos, que conduzem eletricidade na superfície ao passo que também atuam como isolantes no interior. Logo, se os cientistas pudessem entender como exatamente tudo isso funciona, e como aproveitar tal capacidade, poderiam ajudar a desenvolver computadores quânticos melhores e mais rápidos, bem como dispositivos spintrônicos, que são baseados na rotação dos elétrons, ao invés da carga elétrica regular.

No entanto, alcançar esse acoplamento de spin-órbita em materiais sólidos é algo incrivelmente desafiador. Para fazê-lo, os cientistas prenderam um átomo de estrôncio de rotação em uma rede ótica. Depois de fazer isso com milhares semelhantes, conseguiram criar um campo magnético sintético que durou cerca de 160 segundos – tempo suficiente para que pudessem estudar algumas assinaturas do acoplamento em detalhes.

“Os átomos se movem de um local para outro na rede (um cristal de luz criado pelo laser), e isso é muito parecido com a Física que você obtém de um material sólido, como um metal ou qualquer outro material onde os elétrons se movam em uma estrutura cristalina periódica”, explicou o pesquisador Shimon Kolkowitz. Os físicos afirmaram que ainda há muito para aprender sobre como exatamente esse acoplamento funciona, mas agora que têm como modelar o fenômeno, esperam poder ter uma melhor chance de desvendar seus segredos. A pesquisa em questão foi publicada pela revista Nature.

[ IFL Science ] [ Fotos: Reprodução / IFL Science ]