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Físicos descobrem um novo estado da matéria oculto no mundo quântico: WebCuriosos

Físicos descobrem um novo estado da matéria oculto no mundo quântico: WebCuriosos

Você está familiarizado com os estados da matéria que encontramos diariamente – como sólido, líquido e gasoso – mas em condições mais exóticas e extremas, novos estados podem aparecer, e cientistas dos EUA e da China encontraram um no início deste ano.


Eles o chamam de estado quiral bose-líquido e, como acontece com cada novo arranjo de partículas que descobrimos, ele pode nos dizer mais sobre a estrutura e os mecanismos do Universo que nos rodeia – e, em particular, no superpequeno sistema quântico. escala.


Os estados da matéria descrevem como as partículas podem interagir umas com as outras, dando origem a estruturas e vários modos de comportamento. Fixe os átomos no lugar e você terá um sólido. Deixe-os fluir, você tem um líquido ou gás. Separe as parcerias carregadas, você terá um plasma.


A paisagem quântica oferece formas ainda mais estranhas de interação das partículas, permitindo comportamentos únicos, melhor descritos em termos de possibilidade e energia.


Os pesquisadores descobriram o novo estado através de um sistema quântico frustrado. Em termos simples, é um sistema com restrições integradas que evitam que as partículas interajam como normalmente fariam (daí a frustração).


Estas restrições – e a frustração resultante – podem criar resultados entusiasmantes para os cientistas. Aqui, os pesquisadores se concentraram nos elétrons e usaram a analogia de um jogo de festa para explicar o que estava acontecendo.

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“É como um jogo de cadeiras musicais, projetado para frustrar os elétrons”, disse o físico teórico da matéria condensada Tigran Sedrakyan, da Universidade de Massachusetts Amherst.


“Em vez de cada elétron ter uma cadeira para onde ir, eles agora devem se embaralhar e ter muitas possibilidades onde se sentam.”


O sistema que os pesquisadores montaram foi um dispositivo semicondutor com duas camadas: uma camada superior rica em elétrons e uma camada inferior com muitos buracos disponíveis para os elétrons se moverem naturalmente. A reviravolta? Não há lacunas suficientes para todos os elétrons.

Banda do fosso
Ilustração de uma faixa de fosso, o tipo de sistema frustrado criado pelos cientistas. (Tigran Sedrakyan)

Embora este tipo de sistema continue difícil de observar, a equipe usou um campo magnético ultraforte para medir como os elétrons se moviam, revelando a primeira evidência do novo estado quiral bose-líquido.


“Na borda da bicamada semicondutora, elétrons e buracos se movem com as mesmas velocidades”, disse o físico Lingjie Du, da Universidade de Nanjing, na China.


“Isso leva a um transporte helicoidal, que pode ser ainda modulado por campos magnéticos externos, à medida que os canais de elétrons e buracos são gradualmente separados sob campos mais elevados.”


Este novo estado revelou algumas propriedades bastante interessantes. Por exemplo, os elétrons congelarão em um padrão previsível e em uma direção de rotação fixa no zero absoluto e não poderão sofrer interferência de outras partículas ou campos magnéticos. Essa estabilidade poderia ter aplicações em sistemas de armazenamento digital de nível quântico.

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Além do mais, as partículas externas que afetam um elétron podem afetar todos os elétrons do sistema, graças ao emaranhamento quântico de alcance relativamente longo. É como acertar uma bola branca em um pacote de bolas de bilhar e, em resposta, todas essas bolas viajarem na mesma direção – outra descoberta que pode ser útil.


Embora tudo isso envolva física de alto nível, cada descoberta como essa – essas peculiaridades e casos extremos que acontecem fora dos limites das interações comuns de partículas – nos aproxima de uma compreensão completa do nosso mundo.


“Você encontra estados quânticos da matéria nessas periferias, e eles são muito mais selvagens do que os três estados clássicos que encontramos em nossas vidas cotidianas”, disse Sedrakyan.


A pesquisa foi publicada em Natureza.

Uma versão deste artigo foi publicada pela primeira vez em junho de 2023.

Rafael Schwartz

Apaixonado por tecnologia desde criança, Rafael Schwartz é profissional de TI e editor-chefe do Web Curiosos. Nos momentos em que não está imerso no mundo digital, dedica seu tempo à família.

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