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    Topologia induzida por interação em fase de quebra de simetria

    Crédito CC0:domínio público

    A simetria é uma característica fundamental da natureza. Compreender os mecanismos que quebram simetrias é essencial para a pesquisa científica. Quebra espontânea de simetria (SSB), em particular, ocorre quando as flutuações térmicas ou quânticas conduzem um sistema de um estado simétrico para um estado ordenado, como ocorre quando um líquido se transforma em um sólido. Este mecanismo permite aos pesquisadores classificar diferentes fases da matéria de acordo com os diferentes padrões gerados pela simetria quebrada.

    Nas últimas décadas, a topologia também foi reconhecida como uma característica crucial para descrever como a matéria é organizada no nível fundamental. Nesse caso, não é mais a quebra de certas simetrias, mas sua conservação, que dá origem a novos estados da matéria, as chamadas fases topológicas protegidas por simetria (SPT). Diferentes fases topológicas podem apresentar as mesmas simetrias, mas eles podem ser distinguidos por um invariante topológico global, que assume valores inteiros e é preservado sob deformações contínuas.

    A pesquisa atual em física da matéria condensada visa compreender como a quebra de simetria e a proteção de simetria competem, em particular na presença de interações. Em um artigo recente publicado em Nature Communications , Os pesquisadores do ICFO Daniel Gonzalez e Przemyslaw Grzybowski, liderado por Alexandre Dauphin e ICREA Prof. no ICFO Maciej Lewenstein, em colaboração com Alejandro Bermudez da Universidad Complutense de Madrid, relatar como esses dois processos cooperam, dando origem a novos efeitos topológicos fortemente correlacionados.

    Em seu estudo, os pesquisadores demonstraram como, na presença de fortes interações, uma simetria protetora emerge em baixas energias do conjunto de configurações restringidas pela quebra de uma simetria diferente. Esta simetria emergente estabiliza uma fase topológica entrelaçada, onde as propriedades topológicas coexistem com a presença de ordem de longo alcance. Além disso, eles demonstram como essa interação dá origem a interessantes efeitos estáticos e dinâmicos, tal como um transporte de partícula protegido topologicamente quantizado em valores fracionários. Por esta, eles estudam um modelo de rede microscópica, o modelo Z2-Bose-Hubbard, que pode ser implementado experimentalmente usando sistemas atômicos ultracold.

    Os resultados deste estudo abrem uma janela para o campo das fases topológicas em materiais, pavimentando o caminho para uma maior exploração de características topológicas exóticas em sistemas quânticos fortemente correlacionados.

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