Físicos da Universidade de Massachusetts Amherst, liderados pelo professor assistente Tigran Sedrakyan, revelaram uma nova fase da matéria. Publicada na revista Nature, a descoberta do “estado bose-líquido quiral” marca um avanço significativo na compreensão da natureza do mundo físico.
Em nossa vida cotidiana, a matéria existe em estados familiares: sólido, líquido ou gasoso. Entretanto, em condições extremas, como temperaturas próximas ao zero absoluto ou no reino das partículas subatômicas, a matéria se comporta de forma diferente. “Os estados quânticos da matéria nesses limites são muito mais selvagens do que nossas experiências cotidianas”, explica Sedrakyan.
A pesquisa de Sedrakyan se concentra nesses estados quânticos incomuns, explorando particularmente a “degenerescência de banda”, as “bandas de fosso” e a “frustração cinética” na matéria quântica. Ao contrário das interações previsíveis de partículas em sistemas típicos, os sistemas quânticos frustrados oferecem possibilidades infinitas, semelhantes a uma bola de bilhar que desafia a física em seus movimentos.
Sedrakyan e sua equipe criaram um dispositivo semicondutor de duas camadas para estudar esse fenômeno. A camada superior do dispositivo, rica em elétrons, contrasta com a camada inferior, repleta de vacâncias de elétrons ou “buracos”. Quando essas camadas são aproximadas ao máximo, cria-se um desequilíbrio que leva a um estado de frustração quântica. Essa configuração imita um complexo jogo de cadeiras musicais em um nível subatômico, forçando os elétrons a disputar posições.
O estado quiral do líquido de Bose apresenta propriedades notáveis. Por exemplo, nesse estado, os elétrons se alinham em um padrão previsível no zero absoluto, demonstrando robustez contra influências externas, como campos magnéticos. Essa robustez abre possibilidades para a codificação de dados digitais tolerantes a falhas.
Outro aspecto intrigante é a reação do estado a impactos externos. Em um cenário típico, bater em uma bola de bilhar afetaria apenas a bola atingida. Entretanto, no estado quiral bose-líquido, todas as partículas respondem de forma idêntica a esse impacto, um fenômeno atribuído ao entrelaçamento de longo alcance nesse sistema quântico.
Observar o estado quiral do líquido de Bose foi um desafio devido à sua natureza elusiva. A equipe internacional, incluindo os teóricos Rui Wang e Baigeng Wang, da Universidade de Nanjing, e os físicos experimentais Lingjie Du, da Universidade de Nanjing, e Rui-Rui Du, da Universidade de Pequim, elaborou uma teoria e um experimento envolvendo um forte campo magnético. Essa configuração permitiu que eles rastreassem os movimentos dos elétrons enquanto eles navegavam pelas cadeiras musicais quânticas.
“Na borda da bicamada semicondutora, os elétrons e os buracos se movem de forma sincronizada. Isso leva a um transporte helicoidal, modificável por campos magnéticos externos”, Lingjie Du observa.
