Como os dados podem ser processados a uma velocidade impressionante ou a eletricidade conduzida sem perda? Para alcançar isso, cientistas e a indústria estão recorrendo a materiais quânticos, regidos pelas leis do infinitesimal. O projeto de tais materiais requer um entendimento detalhado dos fenômenos atômicos, muitos dos quais permanecem inexplorados. Uma equipe da Universidade de Genebra (UNIGE), em colaboração com a Universidade de Salerno e o Instituto CNR-SPIN (Itália), deu um passo importante ao descobrir uma geometria oculta – até agora puramente teórica – que distorce as trajetórias dos elétrons da mesma forma que a gravidade curva o caminho da luz. Este trabalho, publicado na Science, abre novas avenidas para a eletrônica quântica.
Tecnologias futuras dependem de materiais de alto desempenho com propriedades sem precedentes, enraizadas na física quântica. No coração dessa revolução está o estudo da matéria em escala microscópica – a própria essência da física quântica. No século passado, a exploração de átomos, elétrons e fótons dentro de materiais deu origem a transistores e, em última análise, à computação moderna.
Novos fenômenos quânticos que desafiam modelos estabelecidos ainda estão sendo descobertos hoje. Estudos recentes sugerem a possível emergência de uma geometria dentro de certos materiais quando vastos números de partículas são observados. Essa geometria parece distorcer as trajetórias dos elétrons nesses materiais – semelhante à forma como a gravidade de Einstein curva o caminho da luz.
Da teoria à observação
Conhecida como métrica quântica, essa geometria reflete a curvatura do espaço quântico no qual os elétrons se movem. Ela desempenha um papel crucial em muitos fenômenos na escala microscópica da matéria. No entanto, detectar sua presença e efeitos continua a ser um grande desafio.
”O conceito de métrica quântica data de cerca de 20 anos, mas por um longo tempo foi considerado puramente como uma construção teórica. Somente nos últimos anos os cientistas começaram a explorar seus efeitos tangíveis nas propriedades da matéria,” explica Andrea Caviglia, professor titular e diretor do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE.
Graças ao trabalho recente, a equipe liderada pelo pesquisador da UNIGE, em colaboração com Carmine Ortix, professor associado no Departamento de Física da Universidade de Salerno, detectou a métrica quântica na interface entre dois óxidos – titanato de estrôncio e aluminato de lantânio – um material quântico bem conhecido. ”Sua presença pode ser revelada ao observar como as trajetórias dos elétrons são distorcidas sob a influência combinada da métrica quântica e campos magnéticos intensos aplicados a sólidos,” explica Giacomo Sala, pesquisador associado no Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE e autor principal do estudo.
Desbloqueando Tecnologias Futuras
Observar esse fenômeno torna possível caracterizar as propriedades ópticas, eletrônicas e de transporte de um material com maior precisão. A equipe de pesquisa também demonstra que a métrica quântica é uma propriedade intrínseca de muitos materiais – ao contrário de suposições anteriores.
”Essas descobertas abrem novas avenidas para explorar e aproveitar a geometria quântica em uma ampla gama de materiais, com grandes implicações para eletrônicos futuros operando em frequências terahertz (um trilhão de hertz), assim como para supercondutividade e interações entre luz e matéria,” conclui Andrea Caviglia.
