Como os dados podem se mover a velocidades ou correntes incríveis sem desperdiçar energia? As respostas a estas questões levaram os cientistas e as empresas de tecnologia a optarem pelos materiais quânticos, cujo comportamento é governado pela física na menor escala. A criação desses materiais avançados depende da compreensão de como os átomos e os elétrons se comportam, uma área onde muitos mistérios permanecem.
Agora, investigadores da Universidade de Genebra (UNIGE), trabalhando com colegas da Universidade de Salerno e do Instituto CNR-SPIN (Itália), fizeram um avanço significativo. Eles identificaram uma característica geométrica nunca antes vista dentro de um material quântico que muda a forma como os elétrons se movem, como a gravidade curva a luz. Resultados, publicados ciênciaapontam para novas possibilidades para a eletrônica quântica da próxima geração.
Por que os elementos quânticos são importantes?
As tecnologias modernas dependem de materiais com desempenho extraordinário, muitos dos quais derivam da física quântica. Este campo concentra-se na matéria em escala microscópica, onde as partículas se comportam de maneiras surpreendentes. No século passado, as pesquisas sobre átomos, elétrons e fótons levaram à invenção dos transistores e à base dos computadores atuais.
Mesmo agora, os cientistas continuam a descobrir efeitos quânticos que desafiam as teorias estabelecidas. Pesquisas recentes sugerem que quando um grande número de partículas interage dentro de certos materiais, pode surgir um tipo de geometria interna. Esta estrutura pode redirecionar o movimento dos elétrons, de forma análoga à forma como a teoria da gravidade de Einstein descreve a curvatura da luz.
Realidade medida a partir de conceitos matemáticos
Essa estrutura interna é conhecida como métrica quântica. Descreve a curvatura do espaço quântico através do qual os elétrons viajam e afeta muitas propriedades microscópicas da matéria. Apesar de sua importância, provar experimentalmente sua existência tem sido extremamente difícil.
”A ideia de métricas quânticas remonta a quase 20 anos, mas por muito tempo foi considerada uma construção puramente teórica. Somente nos últimos anos os cientistas começaram a explorar seus efeitos práticos nas propriedades da matéria”, explica Andrea Caviglia, professora titular e diretora do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE.
Detectando geometrias ocultas em materiais quânticos
No novo estudo, a equipe de pesquisa liderada pela UNIGE, juntamente com Carmine Ortix, Professor Associado de Física da Universidade de Salerno, detectou métricas quânticas na fronteira entre dois elementos de óxido, titanato de estrôncio e aluminato de lantânio. Esta interface já é conhecida por ser uma plataforma poderosa para estudar o comportamento quântico.
“A sua presença pode ser revelada observando como as trajetórias dos eletrões são distorcidas pelo efeito combinado de métricas quânticas e campos magnéticos fortes,” explica Giacomo Sala, investigador associado do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE e principal autor do estudo.
Implicações para tecnologias futuras
Ser capaz de observar esse efeito permite aos cientistas medir com mais precisão as propriedades ópticas, eletrônicas e de transporte de um material. A equipe também descobriu que a métrica quântica é uma propriedade fundamental de muitos materiais, e não uma rara exceção, como se acreditava anteriormente.
“Essas descobertas abrem novos caminhos para a exploração e uso da geometria quântica em uma ampla gama de materiais, com grandes implicações para a eletrônica futura em frequências terahertz (um trilhão de hertz), bem como para a supercondutividade e as interações luz-matéria”, conclui Andrea Caviglia.
