Pesquisa revela metal quântico que desafia leis da eletricidade
Nagoya — InkDesign News — Um estudo conduzido por pesquisadores japoneses revelou, pela primeira vez, como campos magnéticos fracos revertem minúsculas correntes elétricas de loop em metais quânticos do tipo kagome, alterando as propriedades elétricas macroscópicas do material. Publicada na Proceedings of the National Academy of Sciences, a pesquisa oferece explicação teórica para efeitos observados experimentalmente desde 2020.
O Contexto da Pesquisa
Desde sua descoberta em 2020, metais kagome — cujo nome deriva do padrão entrelaçado tradicional japonês — intrigaravam a comunidade científica com propriedades elétricas peculiares e robustas. Os experimentos identificaram um fenômeno conhecido como efeito diodo, no qual a corrente elétrica flui mais facilmente em um sentido do que no outro, mas até então não se compreendia a origem do efeito tampouco sua intensidade anormal. O padrão atômico particular destes metais, associado ao que físicos denominam “frustração geométrica”, impede que os elétrons acomodem-se de forma simples, criando estados quânticos complexos.
Resultados e Metodologia
O grupo da Universidade de Nagoya, liderado pelo professor Hiroshi Kontani, demonstrou que a reversão das correntes circulares internas ocorre mediante campos magnéticos fracos e resulta na alteração das direções preferenciais de condução elétrica no metal. Surpreendentemente, efeitos geométricos quânticos amplificam essa reversão em cerca de 100 vezes em relação ao esperado em metais convencionais. Os experimentos exigiram o resfriamento do material a -190°C para estabilizar os estados quânticos coletivos, onde elétrons organizam-se em padrões de onda e circulam em loops microscópicos. Quando o campo magnético é aplicado, tanto as correntes de loop quanto as ondas de densidade de carga sincronizam-se, provocando a quebra espontânea de simetrias fundamentais do material.
“Toda vez que víamos a reversão magnética, sabíamos que algo extraordinário estava ocorrendo, mas não conseguíamos explicar o porquê.”
(“Every time we saw the magnetic switching, we knew something extraordinary was happening, but we couldn’t explain why.”)— Hiroshi Kontani, Professor, Universidade de Nagoya
Segundo a equipe, apenas recentemente as teorias avançadas e os instrumentos de alta precisão necessários foram combinados com os novos materiais, tornando possível decifrar esse mecanismo quântico complexo.
Implicações e Próximos Passos
A compreensão deste efeito fornece nova base fundamental para a engenharia de dispositivos eletrônicos sensíveis a campos magnéticos, como memórias magnéticas e sensores ultrassensíveis. Ao identificar que metais kagome possuem estruturas cristalinas capazes de amplificar fenômenos quânticos e romper simetrias fundamentais, o estudo abre caminhos para tecnologias de controle eletrônico por magnetismo.
“O controle magnético das propriedades elétricas nesses metais pode viabilizar novos tipos de dispositivos de memória magnética ou sensores ultra-sensíveis. Nosso estudo fornece o entendimento fundamental necessário para começar a desenvolver a próxima geração de tecnologia controlada por efeitos quânticos.”
(“The magnetic control of electrical properties in these metals could potentially enable new types of magnetic memory devices or ultra-sensitive sensors. Our study provides the fundamental understanding needed to begin developing the next generation of quantum-controlled technology.”)— Hiroshi Kontani, Professor, Universidade de Nagoya
Especialistas destacam que futuros avanços dependerão da síntese de materiais ainda mais puros e estáveis, assim como de estudos sob diferentes condições extremas. A expectativa é que rotas de pesquisa em materiais quânticos avancem consideravelmente, expandindo as possibilidades para computação, armazenamento e detecção no contexto da física moderna.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
