No mundo da ciência dos materiais, às vezes, as principais descobertas podem ser encontradas em lugares inesperados. Enquanto trabalhavam na resistividade de um tipo de delafossite - PdCoO2 -, pesquisadores do Laboratório de Materiais Quânticos da EPFL descobriram que os elétrons em sua amostra não se comportavam inteiramente como esperado. Quando um campo magnético foi aplicado, os elétrons mantiveram assinaturas de sua natureza ondulatória, que podem ser observados mesmo sob condições de temperatura relativamente altas e aparecem em tamanhos relativamente grandes. Esses resultados surpreendentes, obtido em colaboração com várias instituições de pesquisa, pode ser útil, por exemplo, na busca pela computação quântica. A pesquisa será publicada hoje na prestigiosa revista. Ciência .

Para compreender o significado desta descoberta, precisamos nos imaginar na escala minúscula dos átomos. Nessa escala, vemos que os metais - embora normalmente pensemos neles como bastante densos - na verdade consistem em muitos espaços vazios ao redor dos átomos. Quando os elétrons se movem nesses espaços intersticiais, eles têm uma natureza dupla, comportando-se tanto como partículas quanto como ondas. Normalmente, seus movimentos em um fio de metal são bem captados por seus aspectos de partícula, uma vez que sua natureza ondulatória é muito tênue e mascarada por várias outras interações. Apenas sob condições laboratoriais altamente específicas, particularmente em temperaturas muito baixas, experimentos de Richard Webb e colegas de trabalho revelaram a famosa característica de onda dos elétrons nos metais.

A amostra estudada foi PdCoO ₂ , cuja estrutura eletrônica é quase bidimensional e extremamente pura, e que é usado como um catalisador na química. Os pesquisadores ficaram surpresos ao observar um novo tipo de oscilação que exibia comprimentos de coerência significativos quando a amostra estava sujeita a um campo magnético. Essa coerência é importante quando se tenta preservar os estados quânticos e as condições em que isso ocorreu não deveriam ser possíveis sob os princípios básicos da física. Nesse caso, eles foram observados em temperaturas de até 60 Kelvin e em escalas de comprimento de até 12 mícrons.

"É gigantesco!"

"Isso é realmente surpreendente, "diz Philip Moll, que chefia o Laboratório de Materiais Quânticos da EPFL. "É a primeira vez que esse efeito quântico foi observado em uma peça de metal tão grande. Doze micrômetros podem parecer pequenos, mas para as dimensões de um átomo, é gigantesco. Esta é a escala de comprimento da vida biológica, como algas e bactérias. "

O próximo passo será tentar entender melhor como esse fenômeno é possível nesta escala. Mas os pesquisadores já estão imaginando uma infinidade de possibilidades, particularmente no campo da computação quântica.