O metal quântico é metal onde os efeitos quânticos – comportamentos que geralmente são importantes apenas nas escalas nucleares – tornam -se fortes o suficiente para controlar as propriedades elétricas macroscópicas metálicas.
Pesquisadores no Japão explicaram como a eletricidade se comporta em um grupo especial de metais quânticos chamados Kaggom Metal. O estudo é o primeiro a mostrar como os campos magnéticos fracos revertem as pequenas correntes elétricas de loop dentro desses metais. Essa comutação altera as propriedades elétricas macroscópicas do material e contradiz qual direção tem uma corrente elétrica simples, é uma propriedade conhecida como efeito de diodo, onde a corrente flui mais facilmente em uma direção que a outra.
Significativamente, a equipe de pesquisa descobriu que os efeitos geométricos quânticos aumentam essa mudança cerca de 100 vezes. Estudo, publicado Atividades da Academia Nacional de CiênciasFornece a base teórica que pode ser transportada para novos dispositivos eletrônicos controlados por ímãs comuns.
Os cientistas observaram esse estranho comportamento de troca magnética no exame desde 2021, mas não conseguiu explicar por que era tão poderoso. Este estudo fornece a primeira estrutura teórica explicando os dois.
Quando os elétrons decepcionados não podem se estabelecer
O nome “Kaggom Metal” vem da palavra japonesa “Kaggom”, que significa “olhos de cesta” ou “padrão de cesta”, que se refere a uma técnica tradicional de tricô de bambu que cria um design triangular interconectado.
Esses metais são especiais porque seus átomos estão organizados nesse padrão exclusivo de esconderijo de cesta que os cientistas criam “decepção geométrica” de que os elétrons criados não podem ser resolvidos em padrões simples e organizados e forçados aos estados quânticos mais complexos que incluem correntes de loop.
As correntes de loop interior desses metais mudam a direção quando o comportamento elétrico metálico muda. A equipe de pesquisa mostrou que as correntes de loop e os padrões de elétrons nacionais de ondas (ondas de densidade de carga) trabalham juntos para quebrar a simetria básica da estrutura eletrônica. Eles também descobriram que os efeitos geométricos quânticos – comportamentos únicos que ocorrem apenas nas menores escalas de substância – aumentam significativamente o efeito de comutação.
“Toda vez que vimos uma troca magnética, sabíamos que algo extraordinário estava acontecendo, mas não podemos explicar o porquê”, lembrou o autor e professor da Escola de Pós -Graduação em Ciências da Universidade e o professor Herosi Kantani.
“Há um aumento construído de metais de kaggom que tornam os efeitos quânticos muito mais fortes que os metais comuns. Sua estrutura cristalina e a combinação de comportamento eletrônico permitem quebrar algumas das principais regras da física, conhecidas como simetria espontânea.
O sistema de pesquisa está envolvido no resfriamento dos metais a uma temperatura muito baixa de cerca de -190 ° C a essa temperatura, o metal kaggom desenvolve naturalmente estados quânticos onde os elétrons produzem correntes e criam padrões do tipo onda em todo o material. Quando os cientistas aplicam campos magnéticos fracos, eles reverte esses fluxos giram e, como resultado, o aspecto preferido do fluxo atual nas mudanças de metal.
Novos materiais são combinados com nova teoria
Esse progresso na física quântica não era possível até recentemente, porque os metais Kaggom foram descobertos apenas em 2021. Os cientistas observaram o misterioso efeito de troca elétrica em testes rápidos, eles não conseguiram explicar como funcionava.
As interações quânticas envolvidas são correntes muito complexas e de loop, geometria quântica e campos magnéticos precisam ser uma melhor compreensão de como trabalhar juntos – o conhecimento que se desenvolveu apenas nos últimos anos. Esses efeitos também são muito sensíveis a impurezas, cepas e condições externas, o que dificulta o estudo.
“Essa foi a descoberta, porque as três coisas estavam exatamente no momento certo: finalmente tínhamos novos materiais, eles tinham teorias avançadas para entender e tinham ferramentas de alta tecnologia para estudar corretamente. Nenhum deles estava presente muito recentemente, e é por isso que ninguém poderia resolver esse quebra -cabeça agora”, acrescentou o professor.
“O controle magnético das propriedades elétricas nesses metais pode ser possível permitir novos tipos de dispositivos de memória magnética ou sensores super sensíveis. Nosso estudo fornece o entendimento básico da tecnologia quântica controlada pela próxima geração”, disse ele.
