Um novo estado da matéria foi descoberto no nível dos fenômenos quânticos – a descoberta ajudará na criação da memória quântica

O estado da matéria determina o tipo de interação das partículas elementares, que é diferente para as fases sólida, líquida e gasosa. Mas no nível dos fenômenos quânticos, tudo é tão incomum que “nem em um conto de fadas para dizer, nem para descrever com uma caneta”. São tantas incógnitas escondidas no mundo quântico que cada descoberta abre horizontes de possibilidades. Assim, um novo estado quântico da matéria recentemente descoberto promete ajudar na criação da memória quântica e não só.

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Pesquisadores da Universidade de Massachusetts Amherst e seus colegas na China reproduziram as condições sob as quais uma substância adquire um estado líquido de Bose quiral. A quiralidade indica a ausência de simetria esquerda e direita na estrutura da matéria, e a relação com um líquido de Bose indica extrema fluidez ou supercondutividade a temperaturas próximas do zero absoluto.

Um novo estado da matéria foi obtido em uma amostra de duas camadas semicondutoras sobrepostas uma sobre a outra. Na camada superior havia excesso de elétrons, e na camada inferior havia certo déficit de lacunas. A sutileza do experimento era que não havia lacunas suficientes para todos os elétrons. Aplicando um campo magnético superforte à amostra, os cientistas começaram a monitorar o movimento dos elétrons. À medida que a intensidade do campo aumentava, a amostra passava para um estado líquido de Bose quiral, demonstrando várias propriedades únicas.

«Na borda de duas camadas de semicondutores, elétrons e buracos se movem na mesma velocidade, disse o físico Lingjie Du, da Universidade de Nanjing, na China. “Isso leva ao transporte helicoidal, que pode ser ainda mais modulado por campos magnéticos externos, pois em campos mais altos os canais de elétrons e buracos se separam gradualmente”.

Por exemplo, quando resfriados a uma temperatura próxima ao zero absoluto, os elétrons na matéria “pendiam em um padrão previsível e com uma direção de rotação fixa” e não respondiam a outras partículas ou a campos magnéticos. Tal estabilidade pode encontrar aplicações em sistemas de armazenamento digital no nível quântico.

Outro ponto interessante foi que o impacto de uma partícula externa em um dos elétrons do sistema se manifestou como uma reação em todos os elétrons do sistema, o que foi explicado pelo efeito do emaranhamento quântico de partículas em um líquido de Bose. Essa descoberta também promete ser útil em futuros sistemas quânticos.