Superfluidez em supersólido é confirmada por vórtices quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/11/2024

Basta girar o supersólido para que os vórtices quânticos apareçam, o que tem implicações teóricas e práticas.
[Imagem: Gerado por IA/Imagen 3]

Supersólidos e superfluidos

Poucos meses depois de terem confirmado que um líquido quântico torna-se sólido quando aquecido, o que por si só é bastante contraintuitivo, pesquisadores austríacos conseguiram finalmente demonstrar experimentalmente o fenômeno da superfluidez em um material muito especial conhecido como supersólido.

Sim, é tudo muito estranho porque tudo é regido pela mecânica quântica: Os supersólidos, só recentemente demonstrados experimentalmente, são uma fase exótica da matéria - poder-se-ia dizer uma fase "paradoxal" - que apresenta o comportamento do mais rígido dos sólidos e, simultaneamente, do mais fluido dos fluidos. Em outras palavras, os supersólidos são superfluidos, ou fluidos com viscosidade zero.

"É um pouco como o gato de Schrodinger, que está vivo e morto ao mesmo tempo; um supersólido é rígido e líquido ao mesmo tempo," explica a professora Francesca Ferlaino, da Universidade de Innsbruck.

Ferlaino e seus alunos conseguiram agora detectar experimentalmente a marca registrada da superfluidez em um supersólido: Vórtices quânticos que se formam no material quando ele é submetido a uma rotação - vórtices quânticos podem ser usados para simular buracos negros em laboratório, entre muitas outras possibilidades.

O experimento foi possível graças ao aprimoramento das técnicas que a equipe vem desenvolvimento ao longo de anos, bem como ao desenvolvimento das teorias que descrevem esses fenômenos interessantes, mas difíceis de serem detectados, já que tipicamente se comportam ao contrário do que a física clássica observa.

Previsões teóricas e observações experimentais dos vórtices que marcam a emergência da superfluidez.
[Imagem: Eva Casotti et al. - 10.1038/s41586-024-08149-7]

Usos práticos e teóricos

Os pesquisadores empregaram campos magnéticos para girar cuidadosamente o supersólido, criado em uma nuvem de gás dipolar de átomos do elemento disprósio. Como os líquidos não giram rigidamente, e o supersólido se comporta como um superlíquido, o movimento causou a formação de vórtices quânticos, que são a impressão digital hidrodinâmica da superfluidez.

As implicações deste trabalho vão muito além da física básica, impactando campos que vão da física da matéria condensada à astrofísica, onde fases quânticas semelhantes podem existir sob condições extremas, como no interior das estrelas. A supersolidez, por exemplo, poderá revolucionar muitas tecnologias, a começar pela refrigeração, viabilizando dispositivos de resfriamento incrivelmente eficientes sem depender do elemento cada vez mais escasso, o hélio.

"Nossas descobertas abrem as portas para estudar as propriedades hidrodinâmicas de sistemas quânticos exóticos com múltiplas simetrias quebradas, como cristais quânticos e até estrelas de nêutrons," disse o professor Thomas Bland. "Por exemplo, presume-se que a mudança na velocidade rotacional observada em estrelas de nêutrons - os chamados distúrbios - são causadas por vórtices superfluidos presos dentro dessas estrelas. Nossa plataforma oferece a oportunidade de simular tais fenômenos aqui mesmo na Terra. Acredita-se também que vórtices superfluidos existam em supercondutores, que podem conduzir eletricidade sem perdas."

"Este trabalho é um avanço significativo na compreensão do comportamento único dos supersólidos e suas potenciais aplicações no campo da matéria quântica," acrescentou Ferlaino.

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