Foi descoberto um novo estado da matéria!

Foi publicada nessa semana na revista Nature Materials a descoberta de um novo estado da matéria. O estado, conhecido como Líquido de Spin Quântico (LSQ), já havia sido teorizado na década de 70, mas apenas agora foi obtido pela primeira vez em laboratório.

O que é líquido de Spin Quântico?

É um estado no qual os elétrons, considerados até então partículas indivisíveis (pelo menos em um espaço tridimensional), quebram-se em pedaços menores, denominados Férmions de Majorana. Esse estado da matéria, apesar de já associado por meio de teorias a alguns materiais magnéticos, não havia sido até então observado na natureza de forma conclusiva. Basicamente, nos materiais magnéticos convencionais os elétrons agem como se fossem pequenos ímãs, dipolos magnéticos. Quando o material está a temperaturas não muito elevadas, nas quais a agitação térmica seria muito intensa, esses elétrons conseguem se alinhar na presença de um campo magnético e o resultado é um ímã de maior dimensão, isto é, o material entra em um estado imantado. No entanto, se ele contiver um estado líquido de spin quântico, pode ser resfriado ao zero absoluto que ainda assim não conseguirá atingir um alinhamento de seus dipolos magnéticos, devido a flutuações quânticas. Assim, formam uma espécie de “sopa emaranhada”, conforme descrevem os autores.

Como foi obtido?

Para comprovar a existência do LSQ, os cientistas precisavam identificar sinais da presença de Férmions de Majorana. Para isso, iluminaram com nêutrons um material bidimensional (semelhante ao grafeno e ao estaneno), os cristais de cloreto de rutênio α (α – RuCl3), à procura de evidências de fracionalização dos elétrons. Analisando o padrão de ondulações produzido pelos nêutrons, obteve-se a primeira evidência direta do rompimento de elétrons em um material bidimensional e da obtenção de um líquido de spin quântico. Isso porque os resultados mostraram-se de acordo com o modelo de Kitaev, um dos principais modelos teóricos desenvolvidos para esse novo estado da matéria.

liquido de spin quantico

Excitação com nêutrons de um Líquido de Spin Quântico. Fonte: Genevieve Martin, Oak Ridge National Laboratory

O que muda daqui para a frente?

Os férmions de Majorana podem ser utilizados como elementos de base para computadores quânticos. Esses computadores, por sua vez, irão ser mais velozes do que os computadores convencionais e poderão resolver cálculos que até então não são viáveis.

Além dessa evidente aplicação tecnológica, a descoberta desse novo estado da matéria torna a humanidade um passo mais próxima de compreender a matéria quântica. “É divertido ver um novo estado quântico que nunca havíamos visto antes – nos dá possibilidades de tentar coisas novas”, afirma Kovrizhin, um dos autores da publicação.

Referências:

New state of matter detected in a two-dimensional material – Phys Org;

New state of matter detected in a two-dimensional material – University of Cambridge;

Cientistas observam novo estado da matéria que pode ajudar na computação quântica – Gizmodo

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