doi.org/10.1103/PhysRevX.15.011032
Credibilidade: 999
#Tornados quânticos
Pesquisadores de Würzburg, na Alemanha, conseguiram mostrar pela primeira vez um “tornado quântico” ao melhorar uma técnica já conhecida
Em um material chamado arseneto de tantálio (TaAs), que é um tipo especial de material quântico, os elétrons se comportam como se estivessem girando em um redemoinho, mas em algo chamado “espaço de momento”. Esse fenômeno foi previsto há oito anos por um cientista de Dresden, um dos fundadores do grupo de pesquisa ct.qmat.
A descoberta, feita em parceria entre o ct.qmat (ligado às Universidades de Würzburg e Dresden) e cientistas de outros países, foi publicada na revista Physical Review X.
Os cientistas já sabiam que os elétrons, que são partículas minúsculas, podem formar redemoinhos em materiais quânticos. Mas o que é novo agora é a prova de que eles criam estruturas parecidas com tornados no espaço de momento – e isso foi confirmado com experimentos. Quem liderou esse trabalho foi o Dr. Maximilian Ünzelmann, um dos chefes do ct.qmat.
Essa descoberta é um grande passo na pesquisa de materiais quânticos. Os cientistas esperam que esse comportamento dos elétrons possa ajudar criando novas tecnologias, como a “orbitrônica”. Essa tecnologia usaria o movimento circular dos elétrons para transmitir informações em aparelhos eletrônicos, em vez de usar a carga elétrica, o que poderia reduzir muito o desperdício de energia.
O que é espaço de momento?
O espaço de momento é uma ideia da física que descreve o movimento dos elétrons com base na energia e na direção, e não na posição exata deles. Já o “espaço de posição”, que é o oposto, é onde vemos coisas como redemoinhos de água ou furacões. Até agora, os redemoinhos quânticos só tinham sido vistos no espaço de posição.
Há alguns anos, outro time do ct.qmat já tinha feito sucesso ao criar a primeira imagem 3D de um redemoinho magnético em um material quântico no espaço de posição.
A teoria vira realidade
Há oito anos, o cientista Roderich Moessner imaginou que um tornado quântico poderia existir no espaço de momento. Ele chamou isso de “anel de fumaça”, porque o fenômeno lembra os anéis que a fumaça faz no ar. Mas, até agora, ninguém sabia como medir isso.
Os experimentos mostraram que esse redemoinho quântico surge do “momento angular orbital” – ou seja, o movimento circular dos elétrons ao redor dos núcleos dos átomos. “Quando vimos os primeiros sinais de que esses tornados quânticos existiam e podiam ser medidos, logo chamamos nosso colega de Dresden e começamos um projeto juntos”, conta Ünzelmann.
Descoberta com uma técnica aprimorada
Para encontrar o tornado quântico no espaço de momento, a equipe de Würzburg melhorou uma técnica chamada ARPES (espectroscopia de fotoemissão resolvida por ângulo). “O ARPES é uma ferramenta básica na física. Funciona assim: a gente aponta luz num material, tira os elétrons dele e mede a energia e o ângulo em que eles saem”, explica Ünzelmann. “Isso nos mostra como é a estrutura eletrônica do material no espaço de momento.?
Ele adaptou essa técnica para medir o momento angular orbital. “Eu já trabalho com isso desde minha tese de doutorado”, diz ele. O ARPES é baseado no efeito fotoelétrico, descoberto por Albert Einstein e ensinado nas aulas de física do ensino médio. Em 2021, Ünzelmann já tinha aprimorado o método e ficou conhecido por detectar “monopolos orbitais” no arseneto de tantálio. Agora, com uma espécie de tomografia quântica, ele levou a técnica ainda mais longe e encontrou o tornado quântico.
“Analisamos o material camada por camada, como numa tomografia médica. Juntando as imagens, conseguimos reconstruir a estrutura 3D do momento angular orbital e provar que os elétrons formam redemoinhos no espaço de momento”, explica ele.
Trabalho em equipe
“A detecção desse tornado quântico mostra o espírito de equipe do ct.qmat”, diz Matthias Vojta, professor de física na Universidade Técnica de Dresden e porta-voz do ct.qmat em Dresden. “Com nossos centros fortes em Würzburg e Dresden, unimos teoria e experimentos. Nossa rede também junta especialistas e jovens cientistas, o que impulsiona nossas pesquisas sobre materiais quânticos. E, claro, quase todo projeto de física hoje é global – esse também foi.?
O material de arseneto de tantálio foi produzido nos Estados Unidos e analisado no PETRA III, um grande laboratório em Hamburgo, na Alemanha. Um cientista da China ajudou na parte teórica, e outro da Noruega foi essencial nos experimentos.
Olhando para o futuro, o time do ct.qmat está estudando se o arseneto de tantálio pode ser usado para criar componentes quânticos orbitais.
Publicado em 12/03/2025 10h57
Texto adaptado por IA (ChatGPT / Gemini) do original em inglês. Imagens de bibliotecas públicas de imagens ou créditos na legenda. Informações sobre DOI, autor e instituição encontram-se no corpo do artigo.
Estudo original:
| Geoprocessamento Sistemas para drones HPC |
| Sistemas ERP e CRM Sistemas mobile IA |