TECNOLOGIA
Em abril, a
comunidade física foi surpreendida quando cientistas anunciaram terem feito a
primeira observação direta de um estado completamente novo de matéria –
conhecido como líquido de spin – pela primeira vez.
Agora, uma nova
equipe de físicos recentemente sugeriu ter observado o mesmo estado, mas desta
vez em um material onde supostamente deveria ser impossível. Tal descoberta
poderia mudar a compreensão atual que temos de como fazer computação quântica.
Segundo o
pesquisador Christian
Balz, do Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien
und Energie (HZB), na Alemanha, ele e sua equipe provaram empiricamente que os
estados quânticos de líquido de spin “podem ocorrer em cristais
consideravelmente mais complexos com diferentes constelações de interações
magnéticas”. Logo, de acordo com uma das pesquisadoras, Bella Lago,
isso poderia ser importante para o avanço dos computadores quânticos no futuro
“porque os líquidos de spin são um dos possíveis blocos de construção para
levar a uma menor unidade de informação quântica, conhecido como um qubit”.
O conceito de spin (giro/rotação) no
mundo quântico não significa um elétron que está fisicamente em giro, mas sim a
um tipo de momento angular intrínseco que simplesmente descreve como esse
elétron está se comportando. Na computação quântica, isso é simplificado ao
dizer que um estado de spin baixo, alto ou em superposição (ambos ao mesmo
tempo). Logo, o líquido de spin quântico é um estado da matéria que ocorre
quando o spin de dois elétrons continua flutuando de maneira líquida,
livremente, e em temperaturas muito baixas, mesmo quando deveriam estar
congelados. A previsão dessa teoria foi feita em 1973, mas só foi observada
pela primeira vez neste ano, em um material bidirecional semelhante ao grafeno.
O critério utilizado pelos cientistas
é que um material deve ter interações antiferromagnéticas – ou antiparalelas –,
que é o oposto das interações ferromagnéticas observadas em materiais como o
ferro e o níquel. Assim, se há um elétron de spin baixo, o outro próximo a ele
deverá ter um spin alto, e assim por diante. Diferente disso, os materiais
antiferromagnéticos não necessariamente precisam entrar em estado de spin
líquido a menos que eles tenham um arranjo atômico triangular, o que torna esse
alinhamento impossível.
Imagem: Reprodução / HZB
Você pode imaginar
agora três átomos dispostos em cada ponta de um triângulo – eles nunca estarão
em alinhamentos paralelos porque conforme um muda sua posição, o outro
automaticamente mudará também. Logo, eles irão manter esse alinhamento em uma
temperatura de zero absoluto e, portanto, um estado líquido de spin.
Contudo, o novo
estudo sugere que esses critérios não estão tão corretos, porque conseguiram
observar o mesmo estado da matéria em um material que não se encaixa nesse
perfil: o monocristal de óxido de cromo cálcico (Ca10Cr7O28). Composto por
treliças Kagome – nomeado assim em razão da semelhança com os padrões das
treliças japonesas. Basicamente, isso significa que o material tem uma mistura
complexa de interações antiferromagnéticas, mas também fortes interações
ferromagnéticas que, de acordo com a teoria convencional, deve evitar o
comportamento de spin líquido.
A equipe conseguiu
provar que o estado mencionado estava de fato ocorrendo e em temperaturas
extremamente baixas – cerca de -273 graus Celsius. Para explicar isso, eles
sugeriram uma hipótese de que o material poderia se comportar como um líquido
de spin sem acabar como nosso entendimento convencional do estado da matéria.
Assim, a partir de simulações numéricas, eles mostraram que a razão para isso é
a concorrência, ou seja, diferentes interações magnéticas em materiais que
estão competindo uns com os outros, e mantendo os spins em movimento ao redor.
De acordo com Lake, “o trabalho
expande nossa compreensão de materiais magnéticos, e também nos mostra que há
potencialmente muito mais candidatos para líquidos de spin do que o esperado”.
Agora, a pesquisa,
publicada na revista Nature Physics, precisará ser verificada por outros
cientistas antes de ser capaz de afirmar com certeza que o estado de líquido de
spin pode de fato ocorrer em diferentes tipos de materiais.
Contido em: http://www.jornalciencia.com/liquido-de-spin/,, pesquisado em 28/07/2016 as 10h00.
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