Novo estado da matéria encontrado em material bidimensional

Por , em 6.04.2016

Cerca de 40 anos atrás, físicos teóricos fizeram uma previsão: a de que, em certas condições, um novo estado quântico da matéria poderia ser observado, o “quantum spin liquid”.

Trabalhando com o alfa cloreto de rutênio, ou a-RuCl3, um material que forma uma estrutura bidimensional em forma de colmeia, físicos observaram este novo estado, que inclui elétrons fracionados.

Como assim “elétrons fracionados”? Você não parte partículas fundamentais ao meio, certo? Bom, sim e não. Para entender esta conversa de elétrons fracionados, é preciso primeiro entender que se tratam de férmions de Majorana.

Em 1937, o físico italiano Ettore Majorana previu a existência de partículas virtuais bizarras, os férmions de Majorana, que tem, entre outras características, a de serem sua própria anti-partícula.

E o que os férmions de Majorana tem a ver com o “quantum spin liquid”? Todos os elétrons tem uma característica, o spin, que tem só duas posições possíveis, “up” e “down”. Em alguns estados da matéria, estes spins se alinham perfeitamente, apontando todos para a mesma direção.

A maneira mais simples de chegar neste estado de spins alinhados é esfriar um material. Quanto mais frio, mais alinhados ficam os spins. Mas em um “quantum spin liquid”, não há alinhamento e os elétrons ficam em um estado de desordem – como em um líquido.

Nesta bagunça, não só os spins ficam apontando em diferentes direções, como também interagem uns com os outros. E isto faz com que os elétrons se comportem como frações de elétrons. Especificamente, eles se comportam como uma quasipartícula esquisita, o famoso férmion de Majorana.

Voltando ao experimento, para observar os férmions de Majorana, os cientistas bombardearam uma amostra de pó de alfa cloreto de rutênio com nêutrons, e observaram o padrão formado pelos nêutrons espalhados pelo material.

Um ímã normal iria criar uma imagem com linhas distintas e nítidas, mas um “quantum spin liquid” deveria apresentar uma outra forma, cheia de irregularidades, que é o que foi visto.

Os cientistas têm esperança que este novo estado da matéria possa ser usado para produzir computadores quânticos mais rápidos. O trabalho foi publicado no periódico Nature Materials. [Popular ScienceScienceDaily]

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