Tudo irradia. Quer seja a porta de um carro, um par de sapatos ou a capa de um livro, qualquer coisa mais quente do que zero absoluto (ou seja, praticamente tudo) está constantemente emitindo radiação na forma de fótons, as partículas quânticas de luz.

Um processo gêmeo - absorção - geralmente também está presente. À medida que os fótons carregam energia, os transeuntes do meio ambiente podem ser absorvidos para reabastecê-lo. Quando a absorção e a emissão ocorrem na mesma taxa, os cientistas dizem que um objeto está em equilíbrio com seu ambiente. Isso geralmente significa que o objeto e o ambiente compartilham a mesma temperatura.

Longe do equilíbrio, novos comportamentos podem surgir. Em um artigo publicado em 1º de agosto, 2019 como uma sugestão dos editores na revista Cartas de revisão física , cientistas da JQI e da Michigan State University sugerem que certos materiais podem sofrer uma força de torção espontânea se forem mais quentes do que o ambiente.

"O fato de um material sentir um torque devido à diferença de temperatura com o ambiente é muito incomum, "diz o autor principal Mohammad Maghrebi, um ex-pesquisador de pós-doutorado JQI que agora é professor assistente na Michigan State University.

O efeito, que ainda não foi observado em um experimento, Prevê-se que surja em uma fita fina de um material chamado isolante topológico (TI) - algo que permite que a corrente elétrica flua em sua superfície, mas não através de suas entranhas.

Nesse caso, os pesquisadores fizeram duas suposições adicionais sobre o TI. Uma é que é mais quente do que o ambiente. E outra é que o TI possui algumas impurezas magnéticas que afetam o comportamento dos elétrons em sua superfície.

Essas impurezas magnéticas interagem com uma propriedade quântica dos elétrons chamada spin. O spin é parte do caráter básico de um elétron, muito parecido com carga elétrica, e descreve o momento angular intrínseco da partícula - a tendência de um objeto de continuar girando. Fótons, também, pode transportar momento angular.

Embora os elétrons não girem fisicamente, eles ainda podem ganhar e perder momento angular, embora apenas em pedaços discretos. Cada elétron tem dois valores de spin - para cima e para baixo - e as impurezas magnéticas garantem que um valor tenha uma energia mais alta do que o outro. Na presença dessas impurezas, os elétrons podem mudar seu spin de cima para baixo e vice-versa, emitindo ou absorvendo um fóton que carrega a quantidade certa de energia e momento angular.

Maghrebi e dois colegas, JQI Fellows Jay Deep Sau e Alexey Gorshkov, mostraram que a radiação proveniente deste tipo de TI carrega o momento angular inclinado em uma direção de rotação, como um saca-rolhas que gira no sentido horário. O material fica com um déficit de momento angular, fazendo com que sinta um torque na direção oposta (neste exemplo, sentido anti-horário).

Os autores dizem que TIs são ideais para detectar esse efeito porque eles hospedam o tipo certo de interação entre elétrons e luz. TIs já vinculam o spin do elétron com o momento de seu movimento, e é por meio desse movimento que os elétrons do material normalmente absorvem e emitem luz.

Se um elétron na superfície deste tipo particular de TI começar com seu spin apontando para cima, ele pode liberar energia e momento angular mudando seu spin de cima para baixo e emitindo um fóton. Uma vez que o TI é mais quente do que seu ambiente, os elétrons irão de cima para baixo com mais freqüência do que o contrário. Isso porque o ambiente tem temperatura mais baixa e falta energia para repor a radiação vinda do TI. O resultado deste desequilíbrio é um torque na amostra TI fina, impulsionado pela emissão aleatória de radiação.

Experimentos futuros podem observar o efeito de duas maneiras, dizem os autores. O método mais provável é indireto, exigindo que os experimentadores aqueçam um TI passando uma corrente por ele e coletando a luz emitida. Ao medir o momento angular médio da radiação, um experimento pode detectar a assimetria e confirmar uma consequência da nova previsão.

Uma observação mais direta - e provavelmente mais difícil - envolveria realmente medir o torque na película fina procurando por pequenas rotações. Maghrebi diz que levou a ideia a vários experimentalistas. "Eles não ficaram horrorizados por ter que medir algo como um torque, mas, ao mesmo tempo, Acho que realmente depende da configuração, "ele diz." Certamente não parecia impossível. "