A ciência já conhece há muito tempo o efeito túnel, quando as partículas ultrapassam uma barreira energética sem ter uma base energética para isso. Este é um fenômeno do mundo quântico que encontrou ampla aplicação na eletrônica. Agora os cientistas expandiram as possibilidades de tunelamento para o comportamento de grupo de partículas, repetindo a experiência de 100 anos atrás no nível quântico. Descobriu-se que grupos de elétrons podem empurrar uns aos outros em direção ao tunelamento coletivo.
Uma amostra de material “quântico” para um experimento. Fonte da imagem: Lance Hayashida/Caltech
Em 1919, o físico alemão Heinrich Barkhausen conduziu um experimento que mais tarde recebeu seu nome. Usando o exemplo de um material ferromagnético colocado em uma bobina, ele mostrou que durante o processo de influência externa sobre o material ocorre uma mudança abrupta em sua magnetização. Durante o experimento de Barkhausen, por exemplo, um som estridente apareceu em um alto-falante conectado a uma bobina quando um ímã foi aproximado do ferromagneto. A magnetização de domínios individuais afetou os vizinhos, e isso se espalhou como uma avalanche e, ao mesmo tempo, em saltos, até que o material ficou completamente magnetizado.
Cientistas do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) decidiram detectar o mesmo efeito no nível quântico, sem influências externas, puramente devido a fenômenos quânticos. Na verdade, este foi um teste para tunelamento espontâneo de grupo. Eles colocaram um material ferromagnético chamado fluoreto de lítio-hólmio-ítrio em uma bobina e o resfriaram a uma temperatura próxima do zero absoluto. A bobina era necessária para medir a tensão que surgiria ali se a magnetização do material começasse a mudar.
Após o início do experimento, os cientistas começaram a registrar picos de tensão de natureza semelhante ao ruído de Barkhausen. Isso indicou que o tunelamento da mecânica quântica de elétrons individuais levou ao tunelamento em grupo ou cooperativo de partículas.
«Classicamente, cada uma das miniavalanches, nas quais grupos de giros mudam de direção, ocorre por conta própria, dizem os autores do trabalho. “Mas descobrimos que graças ao tunelamento quântico, as duas avalanches são sincronizadas entre si. É o resultado de dois grandes grupos de elétrons interagindo entre si e, por meio de sua interação, produzem essas mudanças. Este efeito de co-túnel foi uma surpresa.”
A descoberta dá esperança para a criação de sensores quânticos e outros dispositivos eletrônicos. Na verdade, fenômenos quânticos na forma de interação de grupo de elétrons podem ser usados como macroobjetos, o que simplificará experimentos no campo da física quântica e permitirá o uso desses fenômenos na eletrônica convencional e muito mais.