p Os elétrons não são apenas pequenas esferas, quicando através de um material como uma bola de borracha. As leis da física quântica nos dizem que os elétrons se comportam como ondas. Em alguns materiais, essas ondas de elétrons podem assumir formas bastante complicadas. Os chamados "materiais topológicos" produzem estados de elétrons que podem ser muito interessantes para aplicações técnicas, mas é extremamente difícil identificar esses materiais e seus estados eletrônicos associados. p A TU Wien (Viena) e vários grupos de pesquisa da China desenvolveram novas ideias e as implementaram em um experimento. Um "cristal" feito de ondas de luz é criado para conter átomos em um padrão geométrico muito especial. Esses "cristais de luz", que têm sido usados ​​de diferentes maneiras para a manipulação de átomos, agora pode ser usado para desequilibrar deliberadamente o sistema. Ao alternar entre estados simples e complicados, o sistema revela se tem ou não estados topologicamente interessantes. Essas descobertas já foram publicadas na revista Cartas de revisão física .

p Pãozinho e Donuts

p A importância da topologia pode ser facilmente vista se empacotarmos muitas coisas em uma sacola de compras:um pãozinho pode ser ligeiramente amassado e espremido em uma forma semelhante a uma banana. Pãezinhos e bananas têm a mesma estrutura geométrica básica, topologicamente, eles são iguais. Por outro lado, um donut tem um orifício no meio - sua topologia é diferente. Mesmo que seja ligeiramente apertado, sua forma ainda pode ser facilmente diferenciada da do pãozinho.

p "É semelhante aos estados quânticos, "explica o Prof. Jörg Schmiedmayer do Centro de Viena para Ciência e Tecnologia Quântica (VCQ) em TU Wien." Os estados quânticos podem ter uma topologia não trivial que os protege em relação a certas perturbações. Isso é o que os torna tão interessantes para a tecnologia, porque você sempre tem que lidar com perturbações em todos os experimentos e em todas as aplicações tecnológicas do mundo real. "Em 2016, o Prêmio Nobel de Física para pesquisa foi concedido para pesquisas em estados topológicos da matéria, mas ainda é considerado extremamente difícil determinar se um determinado material permite ou não estados quânticos topologicamente interessantes.

p "Estados quânticos que não estão em equilíbrio, estão mudando rapidamente, "diz Jörg Schmiedmayer." Esta dinâmica é notoriamente difícil de entender, mas como mostramos, é uma ótima maneira de obter informações extremamente interessantes sobre o sistema. "Schmiedmayer cooperou com equipes de pesquisa da China." O experimento foi conduzido pelo Prof. Shuai Chen, no grupo de pesquisa do Prof. Jian-Wei Pan. Ambos já foram colaboradores do meu grupo em Heidelberg, e desde seu retorno à China, temos trabalhado juntos, "diz Schmiedmayer. A TU Viena e a Universidade Chinesa de Ciência e Tecnologia (USTC, Heifei, China) assinou um acordo de cooperação em 2016, que fortaleceu a cooperação em pesquisa, especialmente no campo da física.

p Propriedades de um material revelador de desequilíbrio

p Com a ajuda de ondas de luz interferentes, átomos podem ser mantidos em lugares pré-definidos, criando uma grade regular de átomos, semelhante a um cristal, os átomos assumindo o papel dos elétrons em um cristal de estado sólido. Ao mudar a luz, a geometria do arranjo atômico pode ser trocada, a fim de examinar como os estados do elétron se comportariam em um material de estado sólido real.

p "Com esta mudança, um enorme desequilíbrio está sendo gerado de repente, "diz Jörg Schmiedmayer." Os estados quânticos devem se reorganizar e se aproximar de um novo equilíbrio, muito parecido com bolas rolando colina abaixo até encontrar equilíbrio no vale. E durante esse processo, podemos ver assinaturas claras que nos dizem se estados topologicamente interessantes devem ser encontrados ou não. "

p Este é um novo insight importante para a pesquisa em materiais topológicos. Pode-se até adaptar os cristais de luz artificial para simular certas estruturas cristalinas e para encontrar novos materiais topológicos.