Físicos descobrem como fazer luz e matéria andarem em mão única

Com informaões da Universidade de Exter - 23/11/2021

Componentes eletrônicos de mão única podem impactar quase todos os campos tecnológicos.
[Imagem: Universidade Exeter]

Reciprocidade e não-reciprocidade

Dois físicos, um da Universidade de Exeter (Reino Unido) e outro da Universidade de Zaragoza (Espanha), desenvolveram uma teoria que explica como projetar fluxos não-recíprocos de luz e matéria.

A reciprocidade - ir tanto para trás quanto para frente - é um conceito onipresente na física. Um exemplo famoso pode ser encontrado na Lei de Newton: Para cada ação há uma reação igual e oposta.

Outro exemplo é o diodo, um componente elétrico não-recíproco, que permite que a eletricidade passe para a frente, mas não para trás. Os diodos estão entre os principais blocos de construção da indústria eletrônica - dois diodos juntos formam um transístor e os LEDs são diodos emissores de luz.

Assim, contrariar uma noção tão poderosa como a reciprocidade em qualquer área da física - da mecânica à óptica e ao eletromagnetismo - está tipicamente associado a surpresas boas, que podem ser exploradas para aplicações tecnológicas.

A expectativa é que a proposta dos dois físicos tenha grande impacto na criação de tecnologias quânticas que requeiram a transferência direcional de energia e de informação em pequenas escalas, fazendo com que energia e informação fluam apenas num sentido.

Anéis quânticos

Charles Downing e David Zueco desenvolveram uma teoria quântica de transporte não-recíproco em torno de um aglomerado triangular de objetos com forte interação entre si - objetos na escala quântica.

Inspirados pela física dos anéis quânticos, eles demonstraram que é possível ajustar a direção do fluxo de energia ao redor do triângulo de partículas usando um campo magnético gerado externamente.

A teoria dos anéis quânticos - ou teoria quântica dos anéis - é um campo emergente da mecânica quântica que propõe novas explicações para inúmeros fenômenos e partículas sujeitas a fortes interações, com a direcionalidade aparecendo em uma faixa de energias.

A proposta dos dois pesquisadores, ainda a ser demonstrada experimentalmente, poderá ser útil no desenvolvimento de componentes quânticos que requeiram transporte direcional eficiente, bem como para estudos futuros de fases quânticas de forte interação, campos magnéticos sintéticos e simuladores quânticos, um tipo de processador quântico dedicado a uma tarefa específica.

"Nossos cálculos fornecem informações sobre como se pode instigar o transporte direcional em redes nanoscópicas fechadas de átomos e fótons com fortes interações, o que pode levar ao desenvolvimento de novos dispositivos de caráter altamente direcional," disse o professor Downing.

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