Como a informação pode se mover a velocidades incríveis e como a eletricidade pode fluir sem desperdício de energia? A resposta a estas questões estimulou cientistas e empresas de tecnologia a recorrerem a materiais quânticos, cujo comportamento é controlado 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 ainda permanecem.
Agora, investigadores da Universidade de Genebra (UNIGE), em colaboração com colegas da Universidade de Salerno e do Instituto CNR-SPIN (Itália), alcançaram um grande avanço. Eles descobriram uma característica geométrica nunca antes vista no material quântico que muda a forma como os elétrons se movem de uma forma semelhante à forma como a gravidade curva a luz. Os resultados da pesquisa foram publicados em ciênciaapontando para novas possibilidades para a eletrônica quântica de próxima geração.
Por que os materiais quânticos são importantes
A tecnologia moderna depende de materiais com propriedades extraordinárias, muitas das quais originadas da física quântica. O campo concentra-se na matéria em escala microscópica, onde as partículas se comportam de maneiras surpreendentes. Ao longo do século passado, o estudo dos átomos, elétrons e fótons levou à invenção do transistor e à base dos computadores atuais.
Mesmo agora, os cientistas continuam a descobrir efeitos quânticos que desafiam as teorias existentes. Pesquisas recentes mostraram que quando um grande número de partículas interage dentro de certos materiais, surge uma geometria interna. Esta estrutura pode mudar a direção do movimento dos elétrons, da mesma forma que a teoria da gravidade de Einstein descreve a curvatura da luz.
Das ideias matemáticas à realidade medida
Essa estrutura interna é chamada de métrica quântica. Ele descreve a curvatura do espaço quântico através do qual os elétrons viajam e afeta muitas propriedades microscópicas dos materiais. Apesar de sua importância, comprovar experimentalmente sua existência é extremamente difícil.
“O conceito de métrica quântica remonta a cerca de 20 anos, mas durante muito tempo foi considerado uma construção puramente teórica. Somente nos últimos anos os cientistas começaram a explorar seu impacto tangível nas propriedades da matéria, “explica Andrea Caviglia, Professor Catedrático e Diretor do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNGE.
Detectando geometrias ocultas em materiais quânticos
No novo estudo, uma equipe de pesquisa liderada pela UNIGE, juntamente com Carmine Ortix, professor associado do Departamento de Física da Universidade de Salerno, examinou medições quânticas da fronteira entre dois materiais óxidos, titanato de estrôncio e aluminato de lantânio. A interface foi aclamada como uma plataforma poderosa para estudar o comportamento quântico.
“A sua existência pode ser revelada observando como as trajetórias dos eletrões se distorcem sob a influência combinada de medições quânticas e fortes campos magnéticos aplicados ao sólido”, explica Giacomo Sala, investigador assistente do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE e principal autor do estudo.
Impacto nas tecnologias futuras
Ser capaz de observar esse efeito permite aos cientistas medir com mais precisão as propriedades ópticas, eletrônicas e de transmissão dos materiais. A equipe também descobriu que as medições quânticas são uma característica fundamental de muitos materiais, e não uma rara exceção como se pensava anteriormente.
Andrea Caviglia conclui: “Essas descobertas abrem novos caminhos para explorar e explorar a geometria quântica em uma variedade de materiais, com grandes implicações para futuros dispositivos eletrônicos operando em frequências terahertz (um trilhão de hertz), bem como para supercondutividade e interações luz-matéria.”
