Spin do elétron é medido pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/06/2023

Três perspectivas da superfície sobre a qual os elétrons se movem: À esquerda, o resultado experimental, ao centro e à direita a modelagem teórica. As cores vermelha e azul representam uma medida da velocidade dos elétrons. Tanto a teoria quanto a experiência refletem a simetria do cristal.
[Imagem: University of Bologna]

Spin do elétron

Uma equipe de pesquisa internacional conseguiu pela primeira vez medir o spin do elétron na matéria, ou seja, a curvatura do espaço em que os elétrons vivem e se movem.

O momento magnético dos elétrons já é largamente explorado tecnologicamente, no armazenamento de dados, no campo específico da spintrônica e mesma da computação quântica. Contudo, ainda entendemos pouco sobre os meandros dessa propriedade, o spin, comumente descrito de forma muito caricatural como se fosse a agulha de uma bússola interna do elétron.

Assim, esta nova medição promete otimizar muito o modo como os materiais quânticos são estudados, abrindo portas para novos desenvolvimentos em tecnologias quânticas, com possíveis aplicações em vários campos tecnológicos, desde as energias renováveis à biomedicina, da eletrônica aos computadores quânticos.

Usando luz gerada por um acelerador de partículas, o síncrotron, e graças a modernas técnicas de modelagem do comportamento da matéria, a equipe conseguiu medir pela primeira vez o spin do elétron, que está relacionado ao conceito de topologia.

"Se pegarmos dois objetos, como uma bola de futebol e uma rosquinha, notamos que suas formas específicas determinam diferentes propriedades topológicas, por exemplo porque a rosquinha tem um buraco, enquanto a bola de futebol não tem," explicou Domenico Di Sante, da Universidade de Bolonha, na Itália.

"Da mesma forma, o comportamento dos elétrons nos materiais é influenciado por certas propriedades quânticas que determinam sua rotação na matéria em que se encontram, semelhante a como a trajetória da luz no Universo é modificada pela presença de estrelas, buracos negros, matéria e energia escura, que dobram o tempo e o espaço," detalhou.

O complexo mapeamento da onda eletrônica foi feita no metal kagome TbV₆Sn₆.
[Imagem: Domenico Di Sante et al. - 10.1038/s41567-023-02053-z]

Spin topológico

Embora essa característica dos elétrons seja conhecida há muito tempo, até agora ninguém havia conseguido medir diretamente esse "spin topológico".

O resultado pode ser comparado a uma visão 3D da banda eletrônica, permitindo ver a superfície do que até agora só era visto como uma zona de interação plana. Se pudermos controlar a energia dessa banda, será possível eventualmente observar novas fases topológicas previstas pela teoria, com aplicações potenciais em computação e armazenamento de dados, apenas para citar algumas possibilidades.

Para conseguir isso, Di Sante e seus colegas exploraram um efeito particular conhecido como dicroísmo circular, uma técnica experimental especial que só pode ser usada com uma fonte síncrotron, que explora a capacidade dos materiais de absorver a luz de maneira diferente, dependendo de sua polarização.

A equipe voltou sua atenção particularmente para os chamados materiais kagome, uma classe de materiais que devem seu nome à sua semelhança com a trama de fios de bambu entrelaçados que compõem uma cesta tradicional japonesa.

Esses materiais estão revolucionando a física quântica, e os resultados obtidos podem nos ajudar a aprender mais sobre suas propriedades magnéticas, topológicas e supercondutoras especiais.

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