Nova entidade quântica é meio som e meio matéria

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/01/2012

Fóniton: estranha entidade poderá ter utilidade em sensores e em computadores quânticos.
[Imagem: C. Tahan/Laboratory for Physical Sciences]

Fôniton

Físicos estão propondo um experimento para observar uma nova entidade quântica, um híbrido de um elétron e uma vibração quântica da rede atômica de um cristal.

Como quase tudo no mundo quântico, esse novo "ser" é um cara bem estranho.

As setas brancas descrevem um fônon, um quantum de som, em termos dos efeitos de deslocamento que ele induz sobre os átomos da rede atômica de um cristal.

As cores mostram o estado quântico de um elétron "doador", pertencente a um átomo de fósforo, em termos da probabilidade da presença do elétron em qualquer ponto.

Segundo a nova teoria, esses dois estados se conectam para formar um híbrido, um fôniton, um sistema quântico artificial resultado de um fônon e um elétron.

Ou seja, um fôniton é meio som e meio matéria.

Sensores e computadores quânticos

Os pesquisadores, que afirmam que o híbrido poderá ser encontrado em uma nanoestrutura cristalina, dizem também que o fôniton poderá ser útil nas pesquisas dos computadores quânticos.

A estrutura quântica poderá ainda funcionar como um sensor magnético, eventualmente mais preciso do que aquele proposto para um microscópio definitivo, feito de diamante.

"O fôniton pode melhorar as ferramentas atuais de manipulação das vibrações quantizadas em sistemas mecânicos em nanoescala, ajudando-nos a entender a natureza do som e do calor, além de servir como componente básico em novos sistemas quânticos artificiais em dimensões macroscópicas," propõe o professor Charles Tahan, da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos,

Gerador de fônitons

Tahan e seus colegas afirmam que o fôniton poderá ser encontrado em uma pastilha de silício dopada com fósforo.

Cada átomo de fósforo substitui um átomo de silício, mas fica com um elétron sobrando, que pode ser compartilhado.

Se a estrutura for comprimida ou esticada na intensidade correta, propõem os físicos, o estado fundamental e o estado de mais baixa energia desse elétron terão uma discrepância de apenas alguns mili-elétron-volts.

Com isso, um fônon será capaz de forçá-lo a mudar de nível, e o elétron poderá emitir um fônon similar quando cair de volta para seu estado fundamental.

Mas, para gerar o novo híbrido, é necessário manter o fônon que chega e o elétron doador acoplados por um longo período, dentro de uma coluna do material feita com camadas de silício e germânio.

Como as redes atômicas do silício e do germânio não coincidem perfeitamente, isso gerará uma tensão permanente no silício. Segundo a teoria, isso será suficiente para produzir um fôniton que sobreviva por alguns milissegundos.

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