Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Irvine, identificaram uma forma de matéria quântica que nunca foi observada anteriormente. De acordo com a equipe, esse estado surge dentro de um material especialmente projetado que pode, em um futuro próximo, suportar computadores autocarregáveis e tecnologias capazes de operar no ambiente hostil do espaço profundo.
“É uma nova fase da matéria, similar a como a água pode existir como líquido, gelo ou vapor”, disse Luis A. Jauregui, professor de física e astronomia na UC Irvine e autor correspondente do novo Physical Review Letters. “Ela só foi prevista teoricamente — ninguém a havia medido até agora.”
Comportamento Exótico dos Elétrons e Formação de Excitons
Nessa fase, elétrons e “buracos” positivamente carregados se juntam para formar uma mistura líquida que cria estruturas incomuns conhecidas como excitons. O que torna essa descoberta especialmente impressionante é que os elétrons e os buracos giram na mesma direção. “É uma nova coisa por si só”, disse Jauregui. “Se pudéssemos segurá-la nas mãos, ela brilharia com uma luz de alta frequência intensa.”
O fenômeno foi encontrado em um material produzido na UC Irvine pelo pesquisador de pós-doutorado Jinyu Liu, primeiro autor do estudo. O grupo de Jauregui detectou a fase no Laboratório Nacional de Los Alamos (LANL), no Novo México, enquanto estudava o material sob condições magnéticas intensas.
Campos Magnéticos Triggeram a Nova Fase Quântica
Criar esse estado quântico exigiu expor o material a campos magnéticos de até 70 Teslas (em comparação, o campo magnético de um forte ímã de geladeira é cerca de 0,1 Teslas). A equipe se refere ao material como pentatelureto de háfnio.
À medida que o campo magnético aumentava, os pesquisadores observaram uma queda acentuada na condutividade elétrica do material. Jauregui explicou que essa mudança súbita indicava que o sistema havia mudado para o estado exótico de exciton. “Essa descoberta é importante porque pode permitir que sinais sejam transportados por spin em vez de carga elétrica, oferecendo um novo caminho para tecnologias energeticamente eficientes, como eletrônicos baseados em spin ou dispositivos quânticos.”
Propriedades Resistentes à Radiação para Exploração Espacial
Essa nova matéria quântica observada não é afetada pela radiação, uma característica que a diferencia de muitos materiais usados nos dispositivos eletrônicos de hoje. A equipe acredita que isso pode ser significativo para aplicações no espaço.
“Poderia ser útil para missões espaciais”, disse Jauregui. “Se você quiser computadores no espaço que vão durar, essa é uma maneira de fazer isso acontecer.”
Empresas como a SpaceX estão trabalhando em direção a futuras missões humanas a Marte, e qualquer viagem espacial de longa duração exigirá eletrônicos que possam lidar com exposição contínua à radiação.
“Ainda não sabemos quais possibilidades surgirão como resultado,” disse Jauregui.
O material foi sintetizado, caracterizado e incorporado em dispositivos testáveis na UC Irvine por Jinyu Liu, com a assistência dos alunos de pós-graduação Robert Welser e Timothy McSorley, e do pesquisador de graduação Triet Ho. Modelagem teórica e interpretação foram contribuídas por Shizeng Lin, Varsha Subramanyan e Avadh Saxena no LANL. Experimentos de alto campo magnético foram realizados com o apoio de Laurel Winter e Michael T. Pettes no LANL e David Graf no Laboratório Nacional de Campo Magnético Alto na Flórida.