Eletrônica

Cristal quântico cristaliza qualquer molécula

Cristal quântico cristaliza qualquer molécula
As moléculas ficam próximas o bastante umas das outras para se influenciarem mutuamente. [Imagem: Steven Burrows/Ye-Jin Group/JILA]

Inventar novos materiais

Físicos do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST) dos EUA aprimoraram seu "cristal quântico", formado por moléculas ultrafrias, tornando-o útil não apenas para a química quântica, mas também para o estudo das características físicas dos materiais.

Agora formado por cerca de cinco vezes mais moléculas do que o experimento original, o cristal quântico mais denso vai ajudar a desvendar os segredos dos ímãs, dos supercondutores e de outros materiais mais exóticos, além de ser uma ferramenta interessante para a computação quântica.

Além disso, a equipe espera que possa ser possível "inventar novos materiais", que apresentem propriedades exóticas, não encontradas em materiais naturais, derivadas das interações quânticas induzidas entre as moléculas.

Cristal de luz

Embora os físicos chamem a estrutura de "cristal", na verdade não se trata de um sólido, mas de um gás de partículas presas em uma estrutura óptica 3-D, formada por feixes de laser que se entrecruzam.

Essa grade óptica possui "poços" - regiões de baixa energia - que a faz se parecer com uma caixa de ovos feita de luz. As moléculas podem ser manobradas individualmente e postas em cada cavidade, embora até agora a equipe tenha conseguido preencher apenas 25% do cristal.

A estrutura tem uma vantagem crucial sobre os cristais sólidos reais: é possível enchê-la com as moléculas que se desejar, quando grande parte das moléculas de interesse científico e tecnológico normalmente não se cristalizam.

Cristal quântico cristaliza qualquer molécula
As possibilidades de manipulação do cristal quântico fazem os físicos sonharem com a invenção de novos materiais. [Imagem: Steven A. Moses et al. - 10.1126/science.aac6400]

Conexões quânticas

O cristal quântico vai permitir estudar e modelar efeitos complexos, por exemplo, descobrir como o spin ou o entrelaçamento - um elo quântico entre as propriedades das partículas - se espalham através de um grande sistema.

"A densidade no cristal agora é suficientemente alta para introduzir ordens de longo alcance, de modo que as moléculas se comportam como um sistema interconectado, em vez de apenas uma coleção de partículas isoladas," disse o professor Jun Ye. "As moléculas estão próximas o bastante para que seus spins migrem e se realoquem em outras moléculas, o que nos permite investigar conexões quânticas de muitas partículas que podem levar a novos materiais."

Bibliografia:

Creation of a low-entropy quantum gas of polar molecules in an optical lattice
Steven A. Moses, Jacob P. Covey, Matthew T. Miecnikowski, Bo Yan, Bryce Gadway, Jun Ye, Deborah S. Jin
Science
Vol.: 350 no. 6261 pp. 659-662
DOI: 10.1126/science.aac6400




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