Os materiais quânticos são um tipo de substância estranha que poderia ser muitas vezes mais eficiente na condução de eletricidade através de nossos iPhones do que o silício condutor comumente usado - se apenas os físicos pudessem decifrar como as coisas funcionam.

Um físico da Universidade de Michigan deu um passo adiante no detalhamento de um novo material quântico, dodecaborida de itérbio, ou YbB12, e imagens de quão eficientemente a eletricidade é conduzida por meio desse material. A demonstração da condutividade deste material ajudará a contribuir para a compreensão do spin pelos cientistas, cobrar, e fluxo de energia nesses materiais eletromagnéticos.

O YbB12 é um cristal muito limpo, incomum por compartilhar as propriedades de condutores e isolantes. Isso é, o interior do YbB12 é um isolante e não conduz eletricidade, enquanto sua superfície é extraordinariamente eficiente na condução de eletricidade. Mas os pesquisadores precisavam ser capazes de medir exatamente o quão bom este material é na condução de eletricidade.

"Agora mesmo, estamos usando um telefone para conversar. Dentro do telefone estão suas peças principais:um transistor feito de silício que passa eletricidade através do dispositivo, "disse o líder do projeto Lu Li, Professor associado de física da U-M. "Esses semicondutores de silício usam a maior parte de seu próprio material para fazer um caminho para a corrente elétrica. Isso torna difícil tornar os dispositivos eletrônicos mais rápidos ou mais compactos."

Substituir os transistores de silício do telefone por outros feitos de materiais quânticos tornaria o telefone muito mais rápido - e muito mais leve. Isso porque os transistores dentro do dispositivo conduziriam eletricidade muito rapidamente em suas superfícies, mas poderia ser muito menor, com um núcleo mais leve sob uma camada do interior isolante do metal.

Os materiais quânticos não se limitariam a alimentar nossos telefones. Eles podem ser usados ​​em computação quântica, um campo ainda em sua infância, mas que poderia ser usado para segurança cibernética. Nossos computadores atualmente trabalham processando dados em dígitos binários:0 e 1. Mas há um limite para a rapidez com que os computadores podem processar dados dessa maneira. Em vez de, computadores quânticos usariam as propriedades quânticas de átomos e elétrons para processar informações, abrindo a capacidade de processar grandes volumes de informações com muito mais rapidez.

Li estudou YbB12 para entender a assinatura eletrônica do material, que informa aos pesquisadores quão bem um material conduz eletricidade. Em um metal limpo que conduz eletricidade de forma muito eficiente, elétrons formam aglomerados dentro dos metais.

As oscilações desses aglomerados levam a oscilações da resistência elétrica do material. Essa oscilação informa aos pesquisadores a eficiência com que o material é capaz de conduzir eletricidade. Neste estudo, Li foi capaz de medir a oscilação da resistência de um isolador a granel, um problema que ele está tentando resolver há quatro anos.

Para medir essa oscilação, Li usou um ímã muito poderoso localizado em um laboratório do National High Magnetic Field Laboratory na Flórida. Este ímã é semelhante a um ímã que você usaria para fixar uma foto na sua geladeira, disse Li, mas muitas vezes mais poderoso. Um ímã de geladeira tem uma atração de cerca de 0,1 Tesla, uma unidade de medida para o campo magnético. O ímã do laboratório da Flórida tem uma atração de 45 Tesla. Isso é cerca de 40 vezes mais poderoso do que o ímã usado em uma máquina de ressonância magnética.

Para medir a eficiência de YbB12, Li passou uma corrente elétrica pela amostra na presença do ímã. Então, ele examinou o quanto a voltagem elétrica caiu em toda a amostra. Isso disse a Li quanta resistência havia no material.

"Finalmente obtivemos as evidências certas. Encontramos um material que era um bom isolante em seu interior, mas em sua superfície era um bom condutor - tão bom que podemos fazer um circuito elétrico nesse condutor, "Li disse." Você pode imaginar que pode ter um circuito que se move tão rápido quanto imaginável em um minúsculo, superfície minúscula. É isso que esperamos alcançar para a eletrônica do futuro. "

O estudo aparece online no jornal Ciência .