Cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) são excepcionais em muitos aspectos. Trabalhando em colaboração com o Imperial College London, por exemplo, eles realizaram pesquisas sobre um fenômeno em sistemas de processamento de informações denominado "pontos excepcionais". Este fenômeno encontrou aplicações em microondas, tecnologias ópticas e mecânicas.

"Nossa equipe detectou experimentalmente uma superfície excepcional, uma superfície curva tridimensional contínua de pontos excepcionais, "disse Xufeng Zhang, que liderou este projeto de pesquisa internacional e trabalha como cientista assistente no Center for Nanoscale Materials (CNM) em Argonne, um DOE Office of Science User Facility. Pesquisas anteriores de outros detectaram pontos de exceção, e os pesquisadores subsequentes traçaram linhas de pontos excepcionais medidos, mas esta é a primeira vez que os pesquisadores plotam superfícies.

"Nossa contribuição original é ter mapeado superfícies tridimensionais de pontos excepcionais com base em medições experimentais, e o resultado são gráficos incrivelmente bonitos. "- Xufeng Zhang, cientista assistente no Center for Nanoscale Materials

"Pense em dois sistemas, cada um dos quais tem sua própria perda de energia para o meio ambiente, "explicou Zhang." Imagine também que esses sistemas são acoplados para que possam trocar energia entre eles. "

Quando esses sistemas estão distantes, pouca interação ocorre entre eles, e os cálculos relacionados à energia geram duas soluções independentes vinculadas às suas interações apenas com o meio ambiente. À medida que se aproximam e interagem, os sistemas entram em uma fase de transição onde há apenas uma solução. Isso é considerado um ponto excepcional. À medida que os sistemas se aproximam ainda mais, o ponto excepcional desaparece, e os cálculos produzem pares de "soluções híbridas, "uma mistura das soluções para cada sistema.

Uma possível aplicação de pontos excepcionais são sensores com sensibilidade bastante aprimorada a interrupções, como pequenas flutuações em um campo magnético. Outra aplicação é a conversão de modo, que permite, por exemplo, os sinais das duas partes em uma chamada telefônica devem ser mantidos em modos separados, eliminando assim, essencialmente, qualquer interferência indesejada.

"Nossa contribuição original é ter mapeado superfícies tridimensionais de pontos excepcionais com base em medições experimentais, e o resultado são gráficos incrivelmente bonitos, "Disse Zhang. Essas superfícies excepcionais têm o que Zhang chama de" pontos de sela excepcionais, "o ponto mais excepcional entre todos os outros pontos excepcionais nas superfícies. Esses pontos de sela aumentaram o comportamento desejado em relação aos outros pontos excepcionais.

O aparato experimental da equipe combina dois sistemas:uma placa de circuito impresso especializada que confina as microondas e uma esfera magnética em microescala de granada ítrio-ferro, que produz ressonâncias chamadas "magnons".

"Magnons são quasipartículas quantizadas associadas a ondas de spin, uma excitação coletiva da ordem magnética em uma rede de cristal, Zhang explicou. "O que é importante aqui é que mudar a magnetização em um ponto da rede afeta os locais vizinhos como uma onda ondulando na superfície de um lago plácido."

A equipe usou um espectrômetro magneto-eletro-óptico no CNM para medir a resposta a diferentes afinações da força de acoplamento fóton-magnon e posição em seu aparelho, em seguida, traçou os resultados em gráficos tridimensionais de uma superfície excepcional.

Embora altamente abstrato e matemático, esta descoberta fundamental pode ter impacto no mundo real no processamento de informações. Como um dos vários exemplos possíveis, a transferência de informações exige que o ruído não corrompa os zeros e uns sendo transmitidos, e o mapeamento de superfície excepcional pode ajudar a fornecer proteção muito maior para esse processo.

"Nosso trabalho também abre novas possibilidades interessantes para o processamento de informações quânticas com funcionalidades altamente desejadas, "Zhang observou.