Físicos da Universidade de Basel demonstraram experimentalmente pela primeira vez que existe uma correlação negativa entre os dois spins de um par de elétrons emaranhados de um supercondutor. Para o estudo, os pesquisadores usaram filtros de spin feitos de nanoímãs e pontos quânticos, conforme relatam na revista científica Nature.
O emaranhamento entre duas partículas está entre os fenômenos da física quântica que são difíceis de conciliar com as experiências cotidianas. Se emaranhadas, certas propriedades das duas partículas estão intimamente ligadas, mesmo quando distantes. Albert Einstein descreveu o emaranhamento como uma “ação assustadora à distância”. A pesquisa sobre o emaranhamento entre partículas de luz (fótons) recebeu o Prêmio Nobel de Física deste ano.
Dois elétrons também podem ser emaranhados – por exemplo, em seus spins. Em um supercondutor, os elétrons formam os chamados pares de Cooper responsáveis pelas correntes elétricas sem perdas e nos quais os spins individuais estão emaranhados.
Por vários anos, pesquisadores do Instituto Suíço de Nanociência e do Departamento de Física da Universidade de Basel conseguiram extrair pares de elétrons de um supercondutor e separar espacialmente os dois elétrons. Isso é conseguido por meio de dois pontos quânticos – estruturas nanoeletrônicas conectadas em paralelo, cada uma das quais permite a passagem de apenas elétrons.
Spins de elétrons opostos de pares de Cooper
A equipe do Prof. Dr. Christian Schönenberger e do Dr. Andreas Baumgartner, em colaboração com pesquisadores liderados pelo Prof. Dr. Lucia Sorba do Istituto Nanoscienze-CNR e da Scuola Normale Superiore em Pisa, agora conseguiram demonstrar experimentalmente o que há muito esperado teoricamente: os elétrons de um supercondutor sempre emergem em pares com spins opostos.
Usando uma configuração experimental inovadora, os físicos conseguiram medir que o spin de um elétron aponta para cima quando o outro aponta para baixo e vice-versa. “Assim, provamos experimentalmente uma correlação negativa entre os spins dos elétrons emparelhados”, explica o líder do projeto Andreas Baumgartner.
Os pesquisadores conseguiram isso usando um filtro de rotação desenvolvido em seu laboratório. Usando pequenos ímãs, eles geraram campos magnéticos ajustáveis individualmente em cada um dos dois pontos quânticos que separam os elétrons do par de Cooper. Como o spin também determina o momento magnético de um elétron, apenas um tipo particular de spin é permitido por vez.
“Podemos ajustar os dois pontos quânticos para que principalmente elétrons com um certo spin passem por eles”, explica o primeiro autor Dr. Arunav Bordoloi. “Por exemplo, um elétron com spin para cima passa por um ponto quântico e um elétron com spin para baixo passa pelo outro ponto quântico, ou vice-versa. pontos são reduzidos, mesmo que um elétron individual possa passar por um único ponto quântico.”
“Com este método, fomos capazes de detectar tais correlações negativas entre os spins dos elétrons de um supercondutor pela primeira vez”, conclui Andreas Baumgartner. “Nossos experimentos são um primeiro passo, mas ainda não uma prova definitiva de spins de elétrons emaranhados, já que não podemos definir a orientação dos filtros de spin arbitrariamente – mas estamos trabalhando nisso.”
A pesquisa, que foi recentemente publicada na Nature, é considerada um passo importante para futuras investigações experimentais de fenômenos da mecânica quântica, como o emaranhamento de partículas em sólidos, que também é um componente-chave dos computadores quânticos.
Publicado em 28/11/2022 09h24
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