Descoberto novo estado da matéria com propriedades quirais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/02/2024

O fenômeno da quiralidade é crucial para a ciência, e agora poderá ter importância fundamental para novas tecnologias eletrônicas.
[Imagem: Gerado por IA/Bing]

Corrente quiral

Um grupo internacional de pesquisadores descobriu um novo estado da matéria caracterizado pela existência de um fenômeno denominado corrente quiral.

Essas correntes são geradas em escala atômica por um movimento cooperativo dos elétrons, ao contrário dos materiais magnéticos convencionais, cujas propriedades se originam da propriedade de um elétron conhecida como spin, e de seu ordenamento no cristal.

A quiralidade é uma propriedade de extrema importância na ciência e para a própria vida - por exemplo, ela é fundamental para entender o DNA. E recentemente se descobriu que a quiralidade não se limita ao nível molecular, chegando à microescala.

Neste fenômeno agora descoberto, envolvendo não materiais orgânicos, mas metais, a quiralidade quântica das correntes foi detectada através do estudo da interação entre luz e matéria, na qual um fóton adequadamente polarizado pode emitir um elétron da superfície do material com estado de spin bem definido.

A descoberta enriquece significativamente o nosso conhecimento sobre materiais quânticos, sobre a busca de fases quânticas quirais e sobre os fenômenos que ocorrem na superfície dos materiais, incluindo o promissor campo da topologia.

"A descoberta da existência destes estados quânticos pode abrir caminho para o desenvolvimento de um novo tipo de eletrônica que emprega correntes quirais como portadores de informação, no lugar da carga do elétron," explicou o professor Federico Mazzola, da Universidade Ca’Foscari, na Itália. "Além disso, estes fenômenos podem ter uma implicação importante para futuras aplicações baseadas em novos dispositivos optoeletrônicos quirais, e um grande impacto no campo das tecnologias quânticas para novos sensores, bem como nos campos biomédico e de energias renováveis."

As correntes de carga, spin e orbitais que podem ser criadas em um material. A quiralidade quântica foi descoberta em um material da classe das perovskitas.
[Imagem: Federico Mazzola et al. - 10.1038/s41586-024-07033-8]

Material quântico arquetípico

Até agora, o conhecimento sobre a existência do fenômeno das correntes quirais estava limitado a previsões teóricas para alguns materiais. Sua observação nas superfícies de sólidos torna-o extremamente interessante para o desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos ultrafinos, como nos materiais monoatômicos.

A equipe investigou o fenômeno em um material já conhecido da comunidade científica por suas propriedades eletrônicas e por aplicações em spintrônica supercondutora. O material, o rutenato de estrôncio (Sr₂RuO₄), é tido como um "material quântico arquetípico", pertencente à classe das perovskitas, sendo o primeiro supercondutor desse grupo a não precisar do elemento cobre.

Mas a nova descoberta tem um escopo mais amplo, sendo muito mais geral e aplicável a uma vasta gama de materiais quânticos.

Esses materiais estão revolucionando a física quântica e o desenvolvimento de novas tecnologias, com propriedades que vão muito além daquelas descritas pela física clássica.

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