Novo estado da matéria quântica pode impulsionar a futura tecnologia espacial

“É uma nova fase da matéria, semelhante à forma como a água pode existir como líquido, gelo ou vapor”, disse Luis A. Jauregui, professor de física e astronomia na UC Irvine e autor correspondente do novo Cartas de revisão física. “Isso só foi previsto teoricamente – ninguém jamais mediu isso até agora.”

Comportamento exótico de elétrons e formação de excitons

Nesta fase, elétrons e “buracos” carregados positivamente se unem para formar uma mistura semelhante a um fluido que cria estruturas incomuns conhecidas como excitons. O que torna esta descoberta especialmente impressionante é que os elétrons e os buracos giram na mesma direção. “É uma novidade”, disse Jauregui. “Se pudéssemos segurá-lo em nossas mãos, ele emitiria uma luz brilhante e de alta frequência.”

O fenômeno foi encontrado em material produzido na UC Irvine pelo pesquisador de pós-doutorado Jinyu Liu, primeiro autor do estudo. O grupo de Jauregui detectou a fase no Laboratório Nacional de Los Alamos (LANL), no Novo México, enquanto estudava o material sob condições magnéticas intensas.

Campos magnéticos desencadeiam a nova fase quântica

A criação deste estado quântico exigiu a exposição do material a campos magnéticos de até 70 Teslas (em comparação, o campo magnético de um ímã de geladeira forte é de cerca de 0,1 Teslas). A equipe se refere ao material como pentatelureto de háfnio.

À medida que o campo magnético aumentou, os pesquisadores observaram uma queda acentuada na condutividade elétrica do material. Jauregui explicou que esta mudança repentina indicava que o sistema havia mudado para o estado exótico do exciton. “Esta descoberta é importante porque pode permitir que os sinais sejam transportados por spin em vez de carga elétrica, oferecendo um novo caminho para tecnologias energeticamente eficientes, como a eletrônica baseada em spin ou dispositivos quânticos.”

Propriedades resistentes à radiação para exploração espacial

Esta matéria quântica recentemente observada não é afetada pela radiação, uma característica que a diferencia de muitos materiais utilizados nos dispositivos eletrónicos atuais. A equipe acredita que isso pode ser significativo para aplicações espaciais.

“Poderia ser útil para missões espaciais”, disse Jauregui. “Se você quer computadores que durem no espaço, esta é uma maneira de fazer isso acontecer.”

Empresas como a SpaceX estão trabalhando em futuras missões humanas a Marte, e qualquer voo espacial de longa duração exigirá eletrônicos que possam lidar com a exposição contínua à radiação.

“Ainda não sabemos quais possibilidades se abrirão como resultado”, disse Jauregui.

O material foi sintetizado, caracterizado e incorporado em dispositivos testáveis ​​na UC Irvine por Jinyu Liu com a ajuda dos estudantes de pós-graduação Robert Welser e Timothy McSorley, e do pesquisador de graduação Triet Ho. A modelagem teórica e a interpretação foram contribuídas por Shizeng Lin, Varsha Subramanyan e Avadh Saxena da LANL. Experimentos de alto campo magnético foram realizados com o apoio de Laurel Winter e Michael T. Pettes do LANL e David Graf do National High Magnetic Field Laboratory na Flórida.