Figura 1:(a) Spin e graus orbitais de liberdade do elétron em um ponto quântico de nanotubo de carbono é mostrado pelas setas azuis retas e setas roxas circulares, respectivamente. Podemos controlar o número de elétrons no ponto quântico, um a um, pelo eletrodo do portão próximo (não mostrado na figura). (b) Por causa dos graus de liberdade de spin e orbitais, um estado SU (4) Kondo é formado em campo magnético zero, conforme mostrado no painel inferior. Em alto campo magnético, ele evolui continuamente para um efeito SU (2) Kondo (painel superior). Crédito:Universidade de Osaka
As transições de fase incluem fenômenos comuns como congelamento ou ebulição da água. De forma similar, sistemas quânticos em uma temperatura de zero absoluto também experimentam transições de fase. A pressão ou o campo magnético aplicado a tais sistemas podem ser ajustados de modo que esses sistemas cheguem a um ponto de inflexão entre duas fases. Neste ponto, as flutuações quânticas, em vez de flutuações de temperatura, conduzir essas transições.
Muitos fenômenos fascinantes com aplicações tecnológicas promissoras em áreas como a supercondutividade estão ligados a transições de fase quântica, mas o papel das flutuações quânticas em tais transições permanece obscuro. Embora tenha havido muitos avanços na compreensão do comportamento de partículas individuais, como prótons, nêutrons, e fótons, o desafio de compreender sistemas contendo muitas partículas que interagem fortemente entre si ainda não foi resolvido.
Agora, uma equipe de pesquisa internacional liderada por um grupo da Universidade de Osaka descobriu uma ligação clara entre as flutuações quânticas e a carga efetiva das partículas portadoras de corrente. Esta descoberta ajudará os pesquisadores a descobrir como as flutuações quânticas governam os sistemas nos quais muitas partículas interagem. Um exemplo de tal sistema é a interação de elétrons em temperaturas extremamente baixas. Embora as baixas temperaturas normalmente façam com que a resistência de um metal caia, a resistência aumenta novamente em temperaturas extremamente baixas devido a pequenas impurezas magnéticas - isso é conhecido como efeito Kondo.
Figura 2:(a) Condutância do ponto quântico em função da tensão da porta. A condutância é normalizada pelo quantum de condutância (2e2 / h). Os dados experimentais (linhas sólidas) e os resultados dos cálculos do grupo de renormalização numérica (NRG) (linhas tracejadas) são quantitativamente consistentes entre si. (b) Círculos preenchidos mostram a carga efetiva e * / e como uma função da razão de Wilson que quantifica a força das flutuações. A carga efetiva e * / e é derivada do ruído atual e a razão de Wilson representa as flutuações quânticas. Três símbolos quadrados representam a previsão teórica para SU (4), SU (2), e partículas não interagentes. A linha tracejada é a previsão teórica estendida, que conecta muito bem o cruzamento de simetria dos estados fundamentais líquidos quânticos. Crédito:Universidade de Osaka
"Usamos um campo magnético para sintonizar o estado de Kondo em um nanotubo de carbono, garantindo que as flutuações quânticas fossem a única variável no sistema, "diz o co-autor do estudo Kensuke Kobayashi." Ao monitorar diretamente a condutância e o ruído de disparo do nanotubo de carbono, fomos capazes de demonstrar um cruzamento contínuo entre os estados de Kondo com diferentes simetrias. "
Usando esta nova abordagem, os pesquisadores descobriram uma ligação entre as flutuações quânticas e a carga efetiva das partículas portadoras de corrente, e *. A descoberta significa que as medições de e * podem ser usadas para quantificar as flutuações quânticas.
"Isso é muito emocionante, à medida que abre o caminho para futuras investigações sobre o papel exato das flutuações quânticas nas transições de fase quântica, "explica o professor Kobayashi. Compreender as transições de fase quântica tem o potencial de permitir muitas aplicações interessantes em áreas como a supercondutividade, Isoladores Mott, e o efeito Hall quântico fracionário.
