Parede de Domínio: Estranho objeto quântico é criado em laboratório

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/02/2022

Quando o átomo artificial se divide, a parede que os separa passa a se comportar como um objeto independente - e muito estranho.
[Imagem: Kai-Xuan Yao et al. - 10.1038/s41586-021-04250-3]

Paredes de domínio

Físicos da Universidade de Chicago, nos EUA, conseguiram pela primeira vez criar e controlar um novo tipo de objeto quântico, chamado "parede de domínio".

O experimento ajuda a entender melhor as partículas quânticas mais exóticas e pode indicar caminhos para novas tecnologias do futuro, como eletrônica quântica ou memórias quânticas.

Ao estudar aglomerados de partículas que obedecem às leis da mecânica quântica, procurando a física subjacente a eles, a equipe notou uma ocorrência intrigante em átomos em temperaturas extremamente baixas, que formam o famoso condensado de Bose-Einstein, no qual um pequeno grupo de átomos de gases ultrafrios se comporta como se fossem um só.

Sob as condições certas, o átomo artificial pode se dividir, segregando-se em domínios, surgindo então uma "parede" na junção onde eles se encontram.

O detalhe é que essa parede de domínio se comportou como um objeto quântico independente, apresentando seu próprio comportamento - e um comportamento um tanto bizarro.

"É como uma duna de areia no deserto - ela é feita de areia, mas a duna age como um objeto que se comporta de maneira diferente dos grãos de areia individuais," explicou o pesquisador Kai-Xuan Yao, que foi quem encontrar as condições certa para o surgimento da parede.

Interface quântica

Os físicos já haviam vislumbrado essas paredes de domínio em materiais quânticos, o que não é tão surpreendente, uma vez que, genericamente, trata-se de uma interface: Mesmo nos materiais estudados segundo as leis da física clássica, as interfaces entre dois materiais são o lugar onde as coisas realmente interessantes acontecem. Basicamente toda a eletrônica envolve algum tipo de interface entre semicondutores diferentes, daí a importância das chamadas heteroestruturas, que são combinações de materiais diferentes.

Acontece que, até agora, ninguém havia conseguido gerar as paredes de domínio de forma intencional e controlada, para poder analisá-las de maneira criteriosa.

E, depois que a equipe criou a receita para fazer e estudar de perto as paredes, eles observaram comportamentos surpreendentes, como a quebra da reciprocidade do movimento.

"Nós temos um bocado de experiência em controlar átomos," disse o professor Cheng Chin. "Sabemos que, se você empurrar os átomos para a direita, eles se moverão para a direita. Mas aqui, se você empurrar a parede do domínio para a direita, ela se moverá para a esquerda."

A equipe descobriu como criar paredes de domínio à vontade, o que permitiu estudá-las pela primeira vez.
[Imagem: Kai-Xuan Yao et al. - 10.1038/s41586-021-04250-3]

Fenômenos emergentes

As paredes de domínio fazem parte de uma classe conhecida como fenômenos emergentes, o que significa que eles parecem seguir novas leis da física como resultado de muitas partículas agindo juntas como um coletivo.

Tem havido enorme interesse nesses fenômenos emergentes porque os físicos acreditam que eles podem elucidar um conjunto de leis chamado "teoria de calibre dinâmico", que descreve outros fenômenos emergentes em materiais, bem como no Universo primitivo - os mesmos fenômenos teriam mantido unidas as primeiras partículas conforme elas se aglomeravam para formar estrelas, planetas e galáxias.

Avanços neste campo também podem viabilizar novas tecnologias quânticas - por exemplo, a base do GPS moderno vem de físicos na década de 1950 tentando testar a Teoria da Relatividade de Einstein.

"Pode haver aplicações para esse fenômeno em termos de fabricação de material quântico programável ou processador de informações quânticas - ele pode ser usado para criar uma maneira mais robusta de armazenar informações quânticas ou habilitar novas funções em materiais," disse o professor Chin. "Mas, antes que possamos descobrir isso, o primeiro passo é entender como controlá-los."

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