Camisetas Zhang-Rice firmemente emaranhadas dançando em um mar de estados defeituosos desordenados. Crédito:Armando Consiglio / Uni Würzburg Físicos da Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) fizeram uma descoberta que pode impulsionar a compreensão do papel do emaranhamento em supercondutores de óxido de cobre de alta temperatura. Descobriu-se que as quasipartículas de baixa energia desses materiais quânticos enigmáticos, os chamados singletos de Zhang-Rice, são notavelmente resistentes a distúrbios extremos.
Esta resiliência surpreendente num fundo eletrónico vítreo é possibilitada pelo emaranhamento quântico – uma forma de ligação quântica que liga intimamente um buraco e um spin numa quasipartícula eficaz e torna mais difícil para a partícula dispersar uma impureza. O estudo foi publicado em Physical Review Letters .
A robustez das quasipartículas
Imagine um casal andando de mãos dadas pelo mercado em um dia movimentado:se quisesse se mover de um lado para o outro, a multidão deveria se afastar, dispersando localmente as pessoas ao seu redor e retardando seu próprio movimento. . Quando observados de cima, o casal e seus arredores aparentemente se moveriam como uma unidade. Esta unidade é o que os físicos da matéria condensada chamam de quasipartícula, ou seja, partículas efetivas que determinam o espectro de excitação de baixa energia de um sólido.
Em um metal, as quasipartículas normalmente consistem em um elétron cercado por uma nuvem de polarização de outros elétrons, com o elétron e a nuvem de polarização movendo-se coerentemente. Num sistema real, essas quasipartículas espalham impurezas e desordem. Voltando ao nosso mercado fictício, isso significa que nossos dois pombinhos não podem simplesmente passar por um obstáculo, como um poste de luz, que esteja no seu caminho. Em vez disso, eles teriam que contorná-lo, desacelerando mais uma vez o movimento do casal. Num metal real, isso faz com que os elétrons se espalhem impurezas, impedindo o movimento dos elétrons e criando resistência elétrica.
Dançando através de possíveis obstáculos
No estudo publicado, a equipe que inclui pesquisadores da JMU relata que as quasipartículas em materiais cuprato aparentemente não obedecem a esta regra de dispersão. Esses materiais têm uma estrutura complexa de camadas de óxido de cobre e são geralmente conhecidos por sua supercondutividade recorde em alta temperatura quando são dopados. Suas quasipartículas são singletos Zhang-Rice (ZRS), partículas compostas emaranhadas onde um buraco de oxigênio se une a um spin vago de cobre, movendo-se através do cristal como um casal dançando.
Os cientistas de Würzburg testaram estas quasipartículas num ambiente de cuprato extremamente desordenado, no qual até 40% dos átomos de cobre foram substituídos por lítio. A desordem é, portanto, tão imensa – nosso “mercado” é tão cheio de obstáculos – que paralisa completamente os elétrons normais.
Os físicos chamam esse sistema de sistema de vidro não ergódico, já que as partículas agora se propagam muito mais lentamente em comparação com as escalas de tempo experimentais típicas. Em outras palavras, não há mais idas e vindas para os visitantes do nosso marketplace e nada mais se move.
A dança sedutora de buracos e giros dos singles Zhang-Rice dentro desta união quântica – apesar de todas as probabilidades – no entanto, não é totalmente afetada pelas impurezas que estão em seu caminho. Seu emaranhado quântico impede que eles se espalhem, e eles simplesmente se movem pelo sistema – como se “o mercado” não tivesse obstáculos.
Significado da descoberta
O estudo revelou a primeira aparição de singletos de Zhang Rice em um vidro eletrônico baseado em cuprato e mostrou a invulnerabilidade emergente das quasipartículas ZRS devido ao emaranhamento quântico. Tais descobertas podem ter implicações de longo alcance não apenas para a nossa compreensão dos supercondutores cuprato, mas também para futuras tecnologias baseadas na coerência quântica.
Em particular, a capacidade de estabilizar estados quânticos em relação a perturbações externas por meio de emaranhamento quântico poderia desempenhar um papel fundamental na realização da computação quântica.
