Transformando moléculas orgânicas em um tipo bizarro de ímã quântico, físicos da Universidade de Aalto e da Universidade de Jyväskylä, na Finlândia, criaram o espaço perfeito para observar a atividade indescritível de um estado eletrônico chamado triplon.

Enquanto um ímã comum é normalmente melhor descrito como tendo dois pólos cercados por um ninho de linhas de campo, a curiosa construção conhecida como ímã quântico desafia uma descrição tão simples.

Como acontece sempre que a palavra “quântico” aparece, você pode imaginar uma paisagem onde nada é certo. Como uma roleta girando em um cassino mal iluminado, todos os estados são um talvez até que o crupiê diga “chega de apostas”.

Mais estranho ainda, os números e as cores de uma roda estão emaranhados com os das outras rodas de maneiras não intuitivas, de modo que o resultado do preto em uma roda pode significar o resultado do vermelho na outra.

Com o norte e o sul reduzidos a um fluxo de probabilidades, os ímãs quânticos têm propriedades que faltam ao seu ímã de geladeira, tornando-os objetos úteis para explorar fenômenos que não são facilmente detectados na maioria dos outros ambientes.

Um desses comportamentos é uma onda de quasipartículas conhecidas como triplons.

Alcance uma bolsa atômica e retire um elétron. Há uma chance igual de ter um dos dois giros, ou sabores de momento angular. Encontre um elétron com spin oposto e os dois se cancelarão. Parabéns, você tem um estado singleto de elétrons!

Adicione um terceiro elétron e você adicionará outra pequena quantidade de torção, criando um dupleto.

Mas e se os dois no seu emparelhamento inicial tiverem o mesmo giro? Em vez de cancelar, eles agora se transformam em um estado triplo.

Embora os dois elétrons em um trio estejam frequentemente estacionados em suas próprias órbitas atômicas distintas, os físicos podem convenientemente agrupar suas características e tratá-los como uma ‘espécie de partícula’: uma quasipartícula.

Neste caso específico, os spins dos estados tripletos são tratados como partículas únicas chamadas triplons e apresentam comportamentos distintos e próprios. Emaranhados em um material, eles podem surgir e se mover de maneiras curiosas.

Tudo isso é muito bom em teoria, mas avistar esses comportamentos semelhantes a ondas na natureza nem sempre é fácil de fazer.

Aqui, ao construir ímãs quânticos a partir de uma mistura de átomos de cobalto e moléculas de ftalocianina, os pesquisadores criaram as condições certas para forçar os elétrons a interagir como quasipartículas triplon e então propagar suas propriedades através do sólido.

“Usando blocos de construção moleculares muito simples, somos capazes de projetar e sondar este complexo ímã quântico de uma forma que nunca foi feita antes, revelando fenômenos não encontrados em suas partes independentes”, diz o primeiro autor do estudo, Robert Drost, um físico aplicado da Universidade Aalto.

“Embora excitações magnéticas em átomos isolados tenham sido observadas há muito tempo usando espectroscopia de varredura por tunelamento, isso nunca foi conseguido com triplons de propagação.”

Não é o tipo de descoberta que irá revolucionar a maneira como você cola os desenhos preciosos dos seus filhos na porta da geladeira, mas a eletrônica quântica está se mostrando útil na computação e na criptografia.

Possuir algumas novas ferramentas para manipular quasipartículas em um cassino quântico nunca será um erro.

“Esta estratégia mostra que podemos projetar racionalmente plataformas de materiais que abrem novas possibilidades em tecnologias quânticas”, diz Jose Lado, chefe do grupo de pesquisa de Materiais Quânticos Correlacionados da Universidade Aalto.

Esta pesquisa foi publicada em Physical Review Letters.

Por Mike McRae
Publicado no ScienceAlert