p Pesquisadores da Universidade de Genebra (UNIGE) e colaboradores multi-institucionais têm estudado o BACOVO - um material quântico unidimensional. Eles relatam que o material exibe uma nova transição de fase topológica governada por dois tipos de excitação topológica. Além disso, eles foram capazes de escolher qual dos dois tipos dominaria o outro. Sua pesquisa é publicada na revista Física da Natureza . p Os pesquisadores basearam-se no trabalho dos vencedores do Prêmio Nobel de Física de 2016, David Thouless, Duncan Haldane e Michael Kosterlitz. Os três físicos previram que um conjunto de excitações topológicas em um material quântico provavelmente induziria uma transição de fase. Inúmeras teorias foram desenvolvidas sobre essas excitações topológicas, incluindo a viabilidade de combinar dois deles em um único material. Mas isso é uma possibilidade real? E se, o que aconteceria? As equipes da UNIGE e CEA, CNRS e UGA foram capazes de fornecer a primeira confirmação experimental da teoria prevendo a existência de dois conjuntos simultâneos de excitações topológicas e a competição entre eles. As descobertas constituem uma pequena revolução no misterioso mundo das propriedades quânticas.

p Os pesquisadores do CEA, CNRS, e a Université Grenoble Alpes estavam trabalhando em um material antiferromagnético unidimensional com propriedades particulares:BACOVO (BaCo ₂ V ₂ O ₈ ) “Realizamos vários experimentos no BACOVO, um óxido caracterizado por sua estrutura helicoidal, "escreveram os pesquisadores. Mas os resultados experimentais evidenciaram uma transição de fase intrigante - razão pela qual a equipe chamou Thierry Giamarchi, professora titular do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE.

p Giamarchi diz, "Com base em seus resultados, estabelecemos referenciais teóricos capazes de interpretá-los. Esses modelos teóricos foram então testados novamente usando novos experimentos para que pudessem ser validados. "

p O objetivo era entender como as propriedades quânticas do BACOVO agem, especialmente suas excitações topológicas. Quentin Faure, Aluno de doutorado no Instituto de Nanociência e Criogenia (CEA / UGA) e no Instituto Néel, diz, “Para este propósito, usamos espalhamento de nêutrons, o que significa que enviamos um feixe de nêutrons para o material. Os nêutrons se comportam como pequenos ímãs que interagem com os do BACOVO, de acordo com uma estratégia caracterizada como 'perturbar a fim de revelar, "ajudando-nos a entender suas propriedades." Quando o modelo desenvolvido na UNIGE coincide com o experimento, torna-se o modelo padrão do material. Professor Giamarchi diz, "O modelo que estabelecemos com Shintaro Takayoshi previu exatamente o resultado visto no experimento."

p Mas esse experimento também levou a uma descoberta que os cientistas não haviam previsto. “Depois de estabelecer o modelo padrão para BACOVO, observamos propriedades inesperadas, "diz Shintaro Takayoshi, Pesquisadora do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE. Quando colocado em um campo magnético, BACOVO desenvolve um segundo conjunto de excitações topológicas que estão em competição com o primeiro, teorias confirmadoras das décadas de 1970 e 1980 organizadas em torno do campo aberto pelo trabalho dos cientistas do Nobel. "Além de provar a existência desse confronto entre dois conjuntos de excitações topológicas dentro do mesmo material - um evento sem precedentes - fomos capazes de controlar experimentalmente qual conjunto dominaria o outro, "acrescenta Takayoshi.

p O que era originalmente uma hipótese teórica tornou-se um experimento verificado. A análise aprofundada do BACOVO realizada pelos físicos provou que dois conjuntos de excitações topológicas entram em confronto direto no mesmo material e controlam o estado da matéria, que difere de acordo com o conjunto dominante, produzindo uma transição de fase quântica. Além disso, os cientistas conseguiram controlar qual conjunto prevalece, significando que eles poderiam ajustar o estado da matéria de BACOVO à vontade. "Esses resultados abrem toda uma gama de possibilidades em termos de pesquisa em física quântica, "conclui o professor Giamarchi." É verdade que ainda estamos no nível fundamental, mas é por meio desse tipo de descoberta que estamos cada vez mais próximos das aplicações das propriedades quânticas dos materiais - e por que não os computadores quânticos? "