p O espalhamento de nêutrons revelou em detalhes sem precedentes novos insights sobre o comportamento magnético exótico de um material que, com uma compreensão mais plena, poderia abrir caminho para cálculos quânticos muito além dos limites de uns e zeros do código binário de um computador. p Uma equipe de pesquisa liderada pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia confirmou assinaturas magnéticas provavelmente relacionadas a férmions de Majorana - partículas elusivas que poderiam ser a base para um bit quântico, ou qubit, em um material semelhante ao grafeno bidimensional, tricloreto de alfa-rutênio. Os resultados, publicado no jornal Ciência , verificar e estender um 2016 Materiais da Natureza estudo em que a equipe de pesquisadores do ORNL, Universidade do Tennessee, O Instituto Max Planck e a Universidade de Cambridge propuseram pela primeira vez esse comportamento incomum no material.

p "Esta pesquisa é uma promessa cumprida, "disse o autor principal Arnab Banerjee, pesquisador de pós-doutorado no ORNL. "Antes, sugerimos que este composto, tricloreto de alfa-rutênio, mostrou a física dos férmions de Majorana, mas o material que usamos era um pó e obscureceu muitos detalhes importantes. Agora, estamos olhando para um grande cristal único que confirma que o espectro magnético incomum é consistente com a ideia de férmions magnéticos de Majorana. "

p Os férmions de Majorana foram teorizados em 1937 pelo físico Ettore Majorana. Eles são únicos nisso, ao contrário de elétrons e prótons, cujas contrapartes de antipartículas são o pósitron e o antipróton, partículas com cargas iguais, mas opostas, Os férmions de Majorana são suas próprias antipartículas e não têm carga.

p Em 2006, o físico Alexei Kitaev desenvolveu um modelo teórico solucionável que descreve como computações quânticas protegidas topologicamente podem ser alcançadas em um material usando líquidos de spin quântico, ou QSLs. QSLs são estados estranhos alcançados em materiais sólidos onde os momentos magnéticos, ou "gira, "associadas aos elétrons exibem um comportamento semelhante ao fluido.

p "Nossas medições de espalhamento de nêutrons estão nos mostrando assinaturas claras de excitações magnéticas que se assemelham ao modelo do QSL de Kitaev, "disse o autor correspondente Steve Nagler, diretor da Divisão de Matéria Condensada Quantum da ORNL. "As melhorias nas novas medições são como olhar para Saturno através de um telescópio e descobrir os anéis pela primeira vez."

p Como os nêutrons são ímãs microscópicos que não carregam carga, eles podem ser usados ​​para interagir e excitar outras partículas magnéticas no sistema sem comprometer a integridade da estrutura atômica do material. Os nêutrons podem medir o espectro magnético de excitações, revelando como as partículas se comportam. A equipe resfriou o material a temperaturas próximas do zero absoluto (cerca de 450 graus Fahrenheit negativos) para permitir uma observação direta de movimentos puramente quânticos.

p O uso do instrumento SEQUOIA na Spallation Neutron Source do ORNL permitiu aos investigadores mapear uma imagem dos movimentos magnéticos do cristal no espaço e no tempo.

p "Podemos ver o espectro magnético se manifestando na forma de uma estrela de seis pontas e como ele reflete a estrutura subjacente em favo de mel do material, "disse Banerjee." Se pudermos entender essas excitações magnéticas em detalhes, estaremos um passo mais perto de encontrar um material que nos permita perseguir o sonho final das computações quânticas. "

p Banerjee e seus colegas estão realizando experimentos adicionais com campos magnéticos aplicados e pressões variáveis.

p "Aplicamos uma técnica de medição muito poderosa para obter essas visualizações requintadas que nos permitem ver diretamente a natureza quântica do material, "disse o co-autor Alan Tennant, cientista-chefe do Diretório de Ciências de Nêutrons do ORNL. "Parte da empolgação dos experimentos é que eles estão conduzindo a teoria. Estamos vendo essas coisas, e sabemos que são reais. "