Cientistas descobrem metal quântico que pode transformar dispositivos eletrônicos

São PauloCientistas, liderados por Qimiao Si da Universidade Rice, descobriram novas informações relevantes sobre um tipo de metal que se comporta de maneiras únicas no nível quântico. Suas descobertas, publicadas na Physical Review Letters, explicam como os elétrons agem nesses materiais quânticos. Esse entendimento pode levar à criação de dispositivos eletrônicos mais avançados. Esses materiais possuem características especiais devido a mudanças em seus estados quânticos e estruturas eletrônicas, o que pode ter um grande impacto na tecnologia futura.

Os pesquisadores se concentraram em:

• Transições de fase quânticas, nas quais elétrons mudam de fase sob diferentes condições ambientais.
• Acoplamento Kondo e líquidos de spin quirais em estruturas de rede específicas.
• A resposta do efeito Hall aos pontos críticos quânticos.

Este estudo examina a influência da mecânica quântica sobre os elétrons. Materiais quânticos diferem dos materiais clássicos porque continuam a vivenciar flutuações quânticas, mesmo na temperatura de zero absoluto. Essas flutuações provocam transições de fase quântica, resultando em propriedades físicas incomuns conhecidas como criticidade quântica.

A estrutura desses estados quânticos apresenta novas possibilidades. Na eletrônica, a topologia pode criar comportamentos que materiais tradicionais não conseguem. Esses comportamentos únicos são essenciais para a fabricação de dispositivos eletrônicos avançados.

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Qimiao Si colaborou com a equipe de Silke Paschen na Universidade de Tecnologia de Viena em um estudo detalhado. Eles desenvolveram um modelo teórico que analisou dois tipos de elétrons: lentos e rápidos. Os elétrons lentos formam um estado conhecido como líquido de spin quântico, que não tem um padrão ordenado devido a arranjos complexos. Quando esse líquido de spin quântico interage com os elétrons rápidos, ocorre um efeito topológico, transformando-se em uma fase Kondo. Essa interação é fundamental para compreender muitas propriedades dos materiais quânticos.

Esses materiais têm um grande impacto no Efeito Hall, que é quando uma corrente elétrica é desviada lateralmente por um campo magnético. A topologia desses estados quânticos altera significativamente o Efeito Hall. Cientistas observaram uma grande mudança no Efeito Hall no ponto crítico quântico. Essa alteração acontece mesmo com um campo magnético pequeno, tornando-se um marcador muito sensível para o comportamento eletrônico.

Essa descoberta pode levar ao desenvolvimento de tecnologias avançadas no futuro. A forte resposta do Efeito Hall durante as mudanças de fase quântica pode ser utilizada para criar sensores altamente sensíveis. Esses sensores seriam úteis em áreas como a saúde e monitoramento ambiental. As propriedades únicas desse novo metal crítico quântico podem ajudar na criação de novos dispositivos eletrônicos com alta sensibilidade e precisão.

Pesquisadores da Universidade de Anhui e da Universidade Estadual da Califórnia colaboraram em um estudo com o apoio de diversas fundações de pesquisa. Seus esforços conjuntos avançaram o campo da ciência dos materiais quânticos.