Materiais Avançados

Transição de fase quântica passa de ordem para ordem

Transição de fase quântica revela novas faces da matéria
Segundo os pesquisadores, esta física é muito diferente da encontrada em outros sistemas. [Imagem: S. Rowley et al./10.1038/nphys2924]

Transição de fase quântica

Físicos descobriram uma nova classe de transição de fase quântica que, segundo eles, abre o caminho para todo um novo ramo da física de materiais e de tecnologias quânticas.

A transição inusitada foi observada em cristais ferroelétricos, materiais tipicamente tidos como "inertes".

As transições de fase mais conhecidas são aquelas que marcam a passagem do gelo para a água e da água para o vapor.

Nessas transições, a matéria muda entre estados mais ou menos ordenados, dependendo se a temperatura sobe ou desce.

No entanto, se a temperatura for hipoteticamente fixada no zero absoluto e outro parâmetro, como a pressão, for variada na tentativa de buscar uma transição, isso vai ocorrer sem nenhuma variação de entropia, ou seja, seria uma transição de "ordem para ordem".

Apenas para destacar a importância prática disso, é na vizinhança do zero absoluto que uma transição de fase de entropia zero apresenta a emergência de um fenômeno bem conhecido: a supercondutividade.

Mas há outras possibilidades, como agora demonstraram Stephen Rowley e seus colegas do Laboratório Cavendish, no Reino Unido.

Tecnologias quânticas

Os materiais ferroelétricos contêm dipolos elétricos nas "células" de sua rede cristalina. Devido às interações entre eles, estes dipolos podem alinhar-se, resultando em campos elétricos ordenados permeando o cristal.

Transição de fase quântica revela novas faces da matéria
O titanato de estrôncio, além de poder ser lapidado em belas gemas, possui propriedades tecnologicamente muito interessantes. [Imagem: S. Rowley et al./10.1038/nphys2924]

Variando a pressão, a química ou pela substituição isotópica, os ferroelétricos podem ser ajustados para um "regime quântico crítico", no qual as flutuações dos dipolos passam a ocorrer em um espaço quadridimensional - além do x, y e z, deve entrar na conta o tempo envolvido nas vibrações da rede cristalina.

Segundo os pesquisadores, esta física é muito diferente da encontrada em outros sistemas quânticos críticos, que normalmente envolvem propriedades como o spin.

Os efeitos mais fortes dessa transição foram observados no mineral titanato de estrôncio (SrTiO3) que, além de já ter sido envolvido em um estranho magnetismo entre materiais diferentes, é apontado por alguns especialistas como uma das estrelas da eletrônica pós-silício.

Segundo Rowley e seus colegas, desvendar a natureza quântica dos materiais ferroelétricos elucida peças que faltam em nossa compreensão de fenômenos que vão desde a supercondutividade até os efeitos emergentes em materiais isolantes.

Em termos práticos, eles apontam a possibilidade de chips com capacidade de autorresfriamento e novos tipos de experimentos de computação quântica.

Bibliografia:

Ferroelectric quantum criticality
Stephen E. Rowley, L. J. Spalek, R. P. Smith, M. P. M. Dean, M. Itoh, J. F. Scott, Gilbert G. Lonzarich, Siddharth S. Saxena
Nature Physics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys2924




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