Eletrônica

Quasipartículas tornam mecânica quântica visível a olho nu

Tornados quânticos tornam mecânica quântica visível a olho nu
"Rios" de polaritons descem as colinas e giram em movimentos quantizados - a estrutura tem a dimensão de um fio de cabelo humano, e seus efeitos podem ser vistos com um microscópio óptico. [Imagem: Natasha Berloff/DAMTP]

Tornados quânticos

Tornados são eventos imprevisíveis e sobre os quais o homem ainda não tem nenhum controle, o que os torna extremamente destrutivos.

Mas tornados quânticos são bem mais comportados e, como tal, com grande potencial para serem úteis.

Cientistas agora conseguiram domar esses tornados quânticos, colocando-os em fileiras bem cerradas e sob controle preciso.

Isso abre o caminho para a fabricação de circuitos quânticos e chips capazes de medir o movimento com uma precisão sem precedentes.

Mas, mais do que isso, tornam possível observar os estranhos fenômenos da mecânica quântica a olho nu ou, no máximo, com o auxílio de um microscópio óptico.

Polaritons

Controlando como os elétrons se movem, para onde eles podem ir e como eles interagem com a luz, a equipe criou um tipo de partícula quântica - uma quasipartícula - conhecida como polariton.

"Sendo meio luz e meio matéria, essas partículas são leves como penas e muito rápidas, espalhando-se e cascateando de forma muito parecida com a água descendo uma montanha," disse o professor Jeremy Baumberg, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

Mas, embora sejam quasipartículas, esses tornados são enormes para os padrões da mecânica quântica, medindo o equivalente ao diâmetro de um fio de cabelo humano.

Isso significa que eles podem ser vistos a olho nu, e seus efeitos podem ser observados por meio de um microscópio óptico de pequeno aumento.

Estados quânticos macroscópicos

Criando polaritons no topo de várias "colinas" e deixando-os fluir ladeira abaixo, o grupo foi capaz de formar arranjos de centenas de tornados quânticos espiralando em direções alternadas ao longo de canais bem definidos.

Alterando o número de vales, a distância entre eles e a taxa de geração dos polaritons, os pesquisadores podem variar a separação, o tamanho e número dos tornados.

Isto torna realidade o sonho antigo de criar e controlar estados quânticos macroscópicos.

Por exemplo, os tornados quânticos se comportam de forma totalmente estranha, ao menos em relação aos tornados tradicionais.

Os vórtices quânticos só podem girar em movimentos quantizados, e os "líquidos" na parte superior das várias colinas sincronizam-se tão logo os tornados se misturam nos vales - apenas dois exemplos da mecânica quântica, que agora podem ser vistos diretamente.

Interferômetros de polaritons

Os tornados quânticos podem ser reconfigurados em tempo real, abrindo caminho para aplicações no controle de circuitos quânticos.

Com configurações arbitrárias de polaritons será possível observar superposições quânticas ainda mais complicadas.

E permitirá ainda a construção de interferômetros de polaritons, aparelhos que serão capazes de medir movimentos e irregularidades de superfícies, detectando mesmo as mais ligeiras alterações do ambiente.

Bibliografia:

Geometrically locked vortex lattices in semiconductor quantum fluids
G. Tosi, G. Christmann, N.G. Berloff, P. Tsotsis, T. Gao, Z. Hatzopoulos, P.G. Savvidis, J.J. Baumberg
Nature Communications
Vol.: 3, Article number: 1243
DOI: 10.1038/ncomms2255




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