p O espectrômetro de rotação de múon usado no estudo do Instituto Paul Scherrer. A amostra em estudo é colocada no criostato localizado no meio, e um feixe de múon é direcionado para ele da direção posterior esquerda. Crédito:Otto Mustonen
p Em 1987, Paul W. Anderson, um vencedor do Prêmio Nobel de Física, propôs que a supercondutividade de alta temperatura, ou perda de resistência elétrica, está relacionado a um estado quântico exótico agora conhecido como líquido de spin quântico. Os materiais magnéticos são feitos de ímãs muito pequenos, que podem ser tão pequenos quanto elétrons individuais. A força e a direção destes são descritas pelo momento magnético. Em líquidos de spin quântico, momentos magnéticos se comportam como um líquido e não congelam ou ordenam nem mesmo no zero absoluto. Esses estados quânticos estão sendo estudados como materiais promissores para novos, os chamados computadores quânticos topológicos, em que as operações são baseadas em estados excitados semelhantes a partículas encontrados em líquidos de spin quântico. Além de grande poder computacional, um computador quântico topológico é caracterizado por alta tolerância a falhas, o que torna possível aumentar o tamanho do computador. Contudo, apenas alguns líquidos de spin quânticos adequados para computadores quânticos topológicos foram identificados até agora. p Agora, pela primeira vez, pesquisadores da Aalto University, Centro Brasileiro de Pesquisas em Física (CBPF), A Universidade Técnica de Braunschweig e a Universidade de Nagoya produziram o líquido de spin quântico semelhante a um supercondutor previsto por Anderson. Este é um passo importante para a compreensão de supercondutores e materiais quânticos. A preparação de um líquido de spin quântico foi possível graças a uma nova maneira de ajustar as propriedades dos materiais magnéticos, desenvolvida por químicos na Aalto University. Os resultados da pesquisa foram publicados em
Nature Communications .
p Supercondutores de alta temperatura são óxidos de cobre nos quais os íons de cobre formam uma rede quadrada de modo que os momentos magnéticos adjacentes fiquem em direções opostas. Quando esta estrutura é perturbada pela mudança do estado de oxidação do cobre, o material se torna supercondutor. Na nova pesquisa agora publicada, as interações magnéticas desta estrutura quadrada foram modificadas com íons com uma estrutura eletrônica d10 e d0, que transformou o material em um líquido de spin quântico.
p A rede quadrada magneticamente ordenada de íons de cobre. A adaptação da estrutura causou a formação de um líquido de spin quântico. Modificar a estrutura de uma maneira diferente resulta em supercondutividade de alta temperatura. Crédito:Otto Mustonen
p "No futuro, este novo método d10 / d0 pode ser utilizado em muitos outros materiais magnéticos, incluindo vários materiais quânticos, "diz o candidato ao doutorado Otto Mustonen, da Aalto University.
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Cooperação perfeita
p A detecção empírica de líquidos de spin quântico é difícil e requer uma ampla infraestrutura de pesquisa.
p "Usamos espectroscopia de spin de múon neste estudo. Este método é baseado na interação de muito curta duração, partículas elementares semelhantes a elétrons, conhecidos como múons, com o material em estudo. O método pode detectar campos magnéticos muito fracos em materiais quânticos, "diz o professor F. Jochen Litterst da Universidade Técnica de Braunschweig. As medições foram realizadas no Instituto Paul Scherrer na Suíça.
p "Além de equipamentos de primeira classe, a pesquisa requer uma cooperação perfeita entre químicos e físicos, ", diz a professora Maarit Karppinen." Vamos precisar da mesma abordagem multidisciplinar internacional no futuro para que esta pesquisa em líquidos de spin quântico possa nos levar à realização experimental do computador quântico topológico. "
