Cientistas descobrem geometria oculta que dobra elétrons como a gravidade
Como a informação pode se mover a velocidades incríveis ou a eletricidade fluir sem desperdício de energia? A resposta a estas questões levou os cientistas e as empresas de tecnologia a optarem pelos materiais quânticos, cujo comportamento é governado pela física nas menores escalas. A construção desses materiais avançados depende da compreensão de como os átomos e os elétrons se comportam, uma área onde muitos mistérios permanecem.
Agora, investigadores da Universidade de Genebra (UNIGE), trabalhando com colegas da Universidade de Salerno e do Instituto CNR-SPIN (Itália), fizeram um avanço significativo. Eles identificaram uma característica geométrica nunca antes vista dentro de um material quântico que altera a forma como os elétrons se movem, de uma forma semelhante à forma como a gravidade curva a luz. As descobertas, publicadas em Ciênciaapontam para novas possibilidades para a eletrônica quântica de próxima geração.
Por que os materiais quânticos são importantes
As tecnologias modernas dependem de materiais com desempenho extraordinário, muitos dos quais surgem da física quântica. Este campo concentra-se na matéria em escalas microscópicas, onde as partículas se comportam de maneiras surpreendentes. Ao longo do século passado, a pesquisa sobre átomos, elétrons e fótons levou à invenção dos transistores e à fundação dos computadores atuais.
Mesmo agora, os cientistas continuam a descobrir efeitos quânticos que desafiam as teorias estabelecidas. Pesquisas recentes sugerem que quando um grande número de partículas interage dentro de certos materiais, pode surgir uma espécie de geometria interna. Esta estrutura pode redirecionar o movimento dos elétrons, assemelhando-se muito à forma como a teoria da gravidade de Einstein descreve a curvatura da luz.
Da ideia matemática à realidade medida
Essa estrutura interna é conhecida como métrica quântica. Descreve a curvatura do espaço quântico através do qual os elétrons viajam e influencia muitas propriedades microscópicas dos materiais. Apesar de sua importância, provar experimentalmente sua existência tem sido extremamente difícil.
“O conceito de métrica quântica remonta a cerca de 20 anos, mas durante muito tempo foi considerado puramente como uma construção teórica. Somente nos últimos anos os cientistas começaram a explorar seus efeitos tangíveis nas propriedades da matéria”, explica Andrea Caviglia, professora titular e diretora do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE.
Detectando uma geometria oculta em materiais quânticos
No novo estudo, a equipa de investigação liderada pela UNIGE, juntamente com Carmine Ortix, professor associado do Departamento de Física da Universidade de Salerno, detectou a métrica quântica na fronteira entre dois materiais óxidos, titanato de estrôncio e aluminato de lantânio. Esta interface já é conhecida como uma plataforma poderosa para estudar o comportamento quântico.
“Sua presença pode ser revelada observando como as trajetórias dos elétrons são distorcidas sob a influência combinada da métrica quântica e dos campos magnéticos intensos aplicados aos sólidos”, explica Giacomo Sala, pesquisador associado do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE e principal autor do estudo.
Implicações para tecnologias futuras
Ser capaz de observar esse efeito permite aos cientistas medir as propriedades ópticas, eletrônicas e de transporte de um material com mais precisão. A equipe também descobriu que a métrica quântica é uma característica fundamental de muitos materiais, e não uma rara exceção, como se acreditava anteriormente.
“Estas descobertas abrem novos caminhos para a exploração e aproveitamento da geometria quântica numa vasta gama de materiais, com grandes implicações para a electrónica futura que opera em frequências terahertz (um bilião de hertz), bem como para a supercondutividade e as interacções luz-matéria”, conclui Andrea Caviglia.
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