Nanotecnologia

No reino dos átomos, mundo pode se tornar bidimensional

No reino dos átomos

Multiverso

Na semana passada vimos a primeira proposta factível para se testar a Teoria das Cordas, que poderá comprovar que nosso UNIverso é apenas um no interior de um MULTIverso.

Os próprios cientistas se espantam ante essa possibilidade e afirmam que ela mudará a forma como encaramos o mundo.

Certamente, a aceitação inequívoca de várias dimensões - inúmeros cientistas já as levam informalmente em conta em suas análises - terá um impacto semelhante àquele que a "destruição das esferas celestes" teve no final da Idade Média.

A passagem de um conceito de um mundo fechado, construído em níveis visíveis a olho nu, para um universo infinito, mudou para sempre a interação do homem com a natureza.

Dimensões perdidas

Agora, um artigo publicado na revista Nature, olhando no sentido oposto em termos de grandeza, parece reforçar a noção de que as dimensões - em termos do "formato geométrico" do universo - parecem estar em estreita relação com a dimensão - em termos de grandeza -, daquilo que está sendo observado.

Ao analisar como um mineral passa do estado desordenado e não magnético de um isolante, para um condensado ordenado e magnético, quando submetido a temperaturas extremamente baixas, os cientistas descobriram que o material simplesmente "perde" uma dimensão.

O cristal tridimensional passa a se comportar como se tivesse apenas duas dimensões. Nada do que acontece na terceira dimensão afeta suas propriedades e seu comportamento.

"A redução da dimensionalidade é um ingrediente-chave em várias teorias exóticas que se propõem a explicar vários fenômenos ainda pouco compreendidos, incluindo a supercondutividade de alta temperatura, mas, até agora, não havia exemplos claros de redução dimensional em materiais reais," explica o cientista Ian Fisher, da Universidade de Stanford, Estados Unidos. "Nós mostramos, pela primeira vez, que o comportamento coletivo em um material bruto tridimensional pode realmente ocorrer em apenas duas dimensões."

Mundo bidimensional

O material estudado é o silicato de cobre-bário, um pigmento azul usado nas cerâmicas chinesas a mais de 2.500 anos. Quando é submetido a uma temperatura criogênica, os spins dos seus elétrons se alinham em planos, gerando uma nova fase, um estado da matéria totalmente novo, chamado de "ponto quântico crítico".

Nas extensões astronômicas dos sistemas solares e galáxias, fenômenos ainda não explicados pelas teorias convencionais parecem somente poder ser entendidos quando se leva em conta dimensões extras.

Já na intimidade da matéria, no reino liliputiano de elétrons e partículas subatômicas, as dimensões parecem perder importância. Na pequenez ínfima dos átomos, um mundo em duas dimensões parece fazer mais sentido.

Um silicato é um material que se estrutura em camadas. Em vários desses minerais, é possível desfazer essas camadas com as mãos.

No estado natural, isolante, um par de spins de direções contrárias anulam-se mutuamente. Já no estado magnético, os spins dos elétrons de uma camada não interferem com os spins dos elétrons das camadas adjacentes.

Ou seja, as ondas magnéticas viajam apenas ao longo dos planos das camadas.

É isso que os cientistas chamaram de perda de uma dimensão.

Frustração Geométrica

Os cientistas acreditam que o fenômeno da perda de uma dimensão se deva a um efeito chamado frustração geométrica.

Como as diversas camadas do silicato não estão perfeitamente alinhadas, o comportamento quântico dos spins no zigue-zague dos átomos parece "frustrar" a influência que um plano poderia causar sobre o outro.

O ponto quântico crítico ocorre sob a ação da temperatura e de um fortíssimo campo magnético, num estado físico conhecido como condensado de Bose-Einstein.

Neste estado da matéria, as ondas magnéticas se propagam em todas as direções. Mas, no ponto quântico crítico, a propagação se restringe a único plano.

A experiência permitiu que os cientistas tivessem as primeiras informações sobre as razões dos comportamentos até agora inexplicáveis de materiais que se comportam como supercondutores em temperaturas bem acima do zero absoluto, assim como de magnetos metálicos conhecidos como férmions pesados.

"O cálice sagrado para a física da matéria condensada é o estabelecimento de uma base para o entendimento dos mecanismos que podem produzir a supercondutividade de alta temperatura," explica Neil Harrison, outro participante da pesquisa.

"A redução dimensional observada no condensado de Bose-Einstein do silicato de cobre-bário fornece um exemplo particularmente vívido do papel da dimensionalidade na física da matéria condensada porque ela está livre de outras complicações que mascaram nosso entendimento dos materiais supercondutores," concluiu o Harrison.

Bibliografia:

Dimensional reduction at a quantum critical point
Suchitra E. Sebastian, Neil Harrison, Cristian D. Batista, Luis Balicas, Marcelo Jaime, Peter A. Sharma, Naoki Kawashima, Ian R. Fisher
Nature
01 Jun 2006
Vol.: 441, 617-620




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