No ponto em que a paisagem de energia se divide, a cadeia de alta simetria decai para um estado de simetria inferior quando o ponto crítico é passado. Nesse caso, uma cadeia reta decai em uma configuração em zigue-zague quando a anisotropia \ lambda (t) passa um valor crítico \ lambda_ {c}. Onde dois íons consecutivos caem no mesmo lado, um estado de maior energia localmente, observamos um defeito. Crédito:Fernando Gómez-Ruiz - Centro Internacional de Física Donostia
Um estágio de verão em Bilbao, Espanha, levou a um artigo no jornal Cartas de revisão física para Jack Mayo, um estudante de mestrado na Universidade de Groningen, Os Países Baixos. Ele ajudou a criar um modelo universal que pode prever a distribuição do número de defeitos topológicos em sistemas fora de equilíbrio. Os resultados podem ser aplicados à computação quântica e a estudos sobre a origem da estrutura no início do Universo.
Maionese, estudante do Programa de Mestrado em Nanociência no Instituto Zernike de Materiais Avançados da Universidade de Groningen, passou as férias de verão de 2019 na costa basca imerso em física teórica. O projeto do qual participou ocorreu no grupo de pesquisa liderado pelo professor Adolfo del Campo no Donostia International Physics Center (DIPC), e tinha como objetivo resolver um problema de computação quântica, mas tem implicações muito mais amplas, de ímãs em nanoescala ao cosmos. Em todos esses sistemas, o início do pedido (por exemplo, ordem induzida pelo resfriamento) é quase sempre acompanhada pelo desenvolvimento de defeitos. "Pegue um sistema no qual as partículas têm um momento magnético que pode girar entre para cima e para baixo, "Mayo explica." Se você aumentar sua interação atraente, eles vão começar a se alinhar uns com os outros. "
Cristais de gelo
Esse alinhamento começará em certos pontos não correlacionados em um meio e depois crescerá - como cristais de gelo na água. O alinhamento de cada domínio (para cima ou para baixo no exemplo dos momentos magnéticos) é uma questão de sorte. "Os alinhamentos locais crescerão para fora e em um determinado estágio, domínios começarão a se encontrar e interagir, "diz Mayo. Por exemplo, se um domínio superior encontra um domínio inferior, o resultado será uma parede de domínio em sua interface - um defeito de quebra de simetria na estrutura ordenada, deixando para trás um artefato do material em sua fase de maior simetria.
Este recozimento de um meio é descrito pelo mecanismo Kibble-Zurek, originalmente projetado para explicar como uma transição de fase resultou em estruturas ordenadas no início do Universo. Posteriormente, foi descoberto que ele poderia ser usado para descrever a transição do hélio líquido de uma fase fluida para uma fase superfluida. "O mecanismo é universal e também é usado em computação quântica com base em recozimento quântico, "explica Mayo. Essa tecnologia já está no mercado e é capaz de resolver quebra-cabeças complexos como o do caixeiro viajante. Porém, um problema com este tipo de trabalho é que os defeitos que ocorrem durante o processo de recozimento distorcem os resultados.
Transições de fase
O número de defeitos que aparecem no recozimento quântico depende do tempo necessário para passar a transição de fase. "Se você tem milhões de anos para mudar lentamente as interações entre as unidades, você não obtém defeitos, mas isso não é muito prático, "Mayo comenta. O truque é projetar cronogramas de tempo finito - e, portanto, mais práticos - para obter um número aceitável de defeitos com alta probabilidade. O projeto de pesquisa do qual ele participou tinha como objetivo criar um modelo que pudesse estimar o número de defeitos e orientar o projeto ideal desses sistemas.
Modelo estatístico
Para fazer isso, os físicos usaram ferramentas teóricas para descrever as transições de fase e simulações numéricas para estimar a distribuição dos defeitos durante o resfriamento. Como cada domínio pode ter um de dois valores (para cima ou para baixo no exemplo dos momentos magnéticos), eles poderiam estimar as chances de dois domínios opostos se encontrarem e criarem um defeito. Isso levou a um modelo estatístico baseado na distribuição binomial, que pode ser usado para prever como um sistema deve ser resfriado para criar o menor número de defeitos. O modelo foi verificado em simulações numéricas independentes e pareceu funcionar bem. Este novo modelo foi descrito em um artigo publicado em 17 de junho em Cartas de revisão física e foi acompanhado por um "Ponto de Vista" publicado na Física, um comentário sobre os resultados do físico independente Professor Smitha Vishveshwara da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.
