Um mistério quântico que deixou os cientistas perplexos durante décadas foi resolvido
Uma equipe de pesquisa global liderada pelo físico Pengcheng Dai, da Rice University, verificou a presença de fótons emergentes e excitações de spin fracionadas em um líquido de spin quântico incomum. Relatado em Física da Naturezao trabalho aponta para o cristal cério óxido de zircônio (Ce2Zr2O7) como um exemplo tridimensional limpo deste estado exótico da matéria.
Os líquidos de spin quântico fascinam os físicos há anos porque poderiam eventualmente apoiar tecnologias transformadoras, incluindo a computação quântica e a transmissão de energia sem dissipação. Ao contrário dos ímãs comuns que se estabelecem em um padrão ordenado, esses materiais evitam a ordem magnética convencional. Em vez disso, os seus momentos magnéticos permanecem fortemente emaranhados quânticamente e em constante movimento coletivo a temperaturas próximas do zero absoluto, produzindo um comportamento que se assemelha à eletrodinâmica quântica emergente.
“Respondemos a uma importante questão em aberto ao detectar directamente estas excitações,” disse Dai, professor de Física e Astronomia Sam e Helen Worden. “Isso confirma que Ce2Zr2O7 comporta-se como um verdadeiro gelo de spin quântico, uma classe especial de líquidos de spin quântico em três dimensões.”
Medições mais limpas com dispersão de nêutrons polarizados
Para identificar essas assinaturas indescritíveis, os pesquisadores confiaram no espalhamento polarizado avançado de nêutrons. Essa abordagem os ajudou a isolar o espalhamento magnético que lhes interessava enquanto filtravam outros sinais, mesmo quando o sistema se aproximava do limite de temperatura zero.
Suas medições também revelaram sinais de fótons emergentes próximos à energia zero – uma característica definidora que separa o gelo de spin quântico das fases mais familiares encontradas em ímãs convencionais. Evidências adicionais vieram de medições de calor específicas, que apoiaram a ideia de que estes fotões emergentes previstos seguem uma dispersão semelhante à forma como o som se move através de um sólido.
As tentativas anteriores de confirmar este tipo de comportamento foram muitas vezes prejudicadas por ruídos técnicos e dados incompletos. A equipa liderada por Rice enfrentou esses desafios através de uma melhor preparação de amostras e de instrumentos de alta precisão, apoiados por um esforço internacional que envolveu grandes laboratórios na Europa e na América do Norte.
Observação inédita com grandes implicações
Neste material candidato tridimensional, os pesquisadores observaram fótons e spinons emergentes – marcas-chave do gelo de spin quântico. O resultado resolve um debate de longa data na física da matéria condensada e dá aos cientistas uma plataforma sólida para estudar fenômenos quânticos de próxima geração e possíveis caminhos tecnológicos.
Bin Gao, cientista pesquisador do Departamento de Física e Astronomia de Rice e primeiro autor do estudo, disse que as descobertas respaldam décadas de expectativas teóricas.
“Este resultado surpreendente incentiva os cientistas a olharem mais profundamente para esses materiais únicos, potencialmente mudando a forma como entendemos os ímãs e o comportamento dos materiais no regime quântico extremo”, disse Gao.
Equipe de pesquisa e financiamento
Os co-autores deste estudo incluem Félix Desrochers e Yong Baek Kim, da Universidade de Toronto; O ex-aluno de Rice, David Tam, do Paul Scherrer Institut; Silke Paschen, Diana Kirschbaum e Duy Ha Nguyen da Universidade de Tecnologia de Viena; Paul Steffens e Arno Hiess do Instituto Laue-Langevin; Yixi Su do Centro Jülich do Heinz Maier-Leibnitz Zentrum; e Sang-Wook Cheong da Universidade Rutgers.
O Departamento de Energia dos EUA, a Fundação Gordon e Betty Moore e a Fundação Robert A. Welch apoiaram este estudo.
Share this content:
Publicar comentário