Crédito:Instituto de Física de Leiden
A topologia é um campo emergente em muitas disciplinas científicas, até levando ao Prêmio Nobel de Física em 2016. O físico de Leiden Marcello Caio e seus colegas descobriram agora a existência de correntes topológicas em analogia às correntes elétricas. A pesquisa deles é publicada em Física da Natureza .
As pessoas atribuem propriedades a objetos como cor, temperatura e fase - gasosa, líquido ou sólido. Por exemplo, um ponto específico na superfície de um donut é marrom, sólido e à temperatura ambiente. As propriedades topológicas são diferentes. Eles contêm informações sobre todo o objeto. Por exemplo, um donut tem um orifício. É impossível contar o número de orifícios focalizando uma parte específica do donut. Você precisa considerá-lo como um todo. A topologia tem se mostrado importante em muitos campos científicos. Em 2016, por exemplo, trabalho em topologia foi reconhecido com o Prêmio Nobel de Física.
O chamado índice de Chern é outro, embora muito abstrato, quantidade topológica. Este é um caso especial em topologia. Recentemente, foi descoberto que o índice de Chern tem uma densidade - chamada de marcador de Chern. Isso fornece informações sobre a topologia de um sistema inteiro, mesmo olhando apenas no nível local. A linha sólida na figura 1 mostra a distribuição espacial do marcador Chern, onde cada ponto local tem seu próprio valor. (Observe que este gráfico não faria sentido para uma propriedade global como o número de buracos em um objeto.) Os pontos locais, entretanto, precisam obedecer a uma regra em nível global:a média de todos os valores locais deve ser sempre zero.
O físico de Leiden, Marcello Caio, junto com uma equipe de cientistas do Reino Unido, agora descobriu que se você perturbar um sistema, os valores locais de Chern serão distribuídos fluindo das fronteiras em direção ao interior do sistema. Em contraste, as propriedades topológicas globais são robustas contra perturbações - o número de buracos em um donut só muda depois de uma grande mordida. Na figura 1, uma perturbação faz com que o gráfico seja remodelado para continuar honrando o requisito de que sua integral deve ser zero. Caio e seus colegas descobriram que isso não acontece instantaneamente, então deve haver um fluxo do marcador Chern pelo sistema. Isso constitui a corrente topológica, em analogia a uma corrente elétrica convencional.
Três gráficos para a distribuição espacial (y) do marcador Chern (c) em momentos diferentes. A linha sólida mostra o estado inicial quando uma pequena perturbação ocorre nas bordas. As duas linhas tracejadas mostram a distribuição do marcador Chern após algum tempo. É claro que a perturbação flui (não instantaneamente) para o meio. Isso significa que estamos olhando para uma corrente topológica.
Caio fala, "Num futuro distante, isso poderia permitir o desenvolvimento de novos dispositivos baseados em correntes topológicas ao lado de correntes elétricas. Existem muitos locais para pesquisas nessa direção. Existem outras maneiras de criar esta corrente? Podemos orientá-los? Existem muitas possibilidades interessantes. "
