Decifrar o Código do Universo dos Electrões: Investigadores Descobrem uma Forma de Contornar a Lei de Ohm
Cientistas da Universidade de Tohoku e da Agência de Energia Atómica do Japão criaram experiências e teorias básicas para controlar a forma do “universo eletrónico” dentro de um material magnético em condições regulares. Este “universo eletrónico” refere-se à disposição dos estados quânticos electrónicos, que se assemelha à estrutura do universo real em termos matemáticos.
O atributo geométrico estudado, designado por métrica quântica, foi identificado através de um sinal elétrico distinto da condução eléctrica típica. Além disso, esta descoberta revela a ciência quântica essencial por detrás dos electrões. Além disso, prepara o terreno para a criação de dispositivos spintrónicos inovadores que aproveitam a condução única resultante da métrica quântica.
Explorando a Interação
A condução eléctrica, essencial para inúmeros dispositivos, segue tradicionalmente a lei de Ohm, em que a corrente varia proporcionalmente à tensão aplicada. No entanto, os cientistas procuraram ultrapassar esta lei para avançar para novos domínios de dispositivos. É aqui que entra em cena a mecânica quântica. Uma geometria quântica distinta, designada por métrica quântica, pode induzir uma condução não óhmica. Esta métrica, inerente ao material, implica que é uma caraterística fundamental da sua estrutura quântica.
Métrica Quântica e o Universo do Eletrão
O termo ‘métrica quântica’ é influenciado pela ideia de ‘métrica’ na relatividade geral, que descreve como a forma do universo muda devido a forças gravitacionais fortes, como as que se encontram perto de buracos negros. Do mesmo modo, a compreensão e a utilização da métrica quântica são cruciais para criar uma condução não óhmica nos materiais. Esta métrica descreve a forma do “universo eletrónico”, semelhante ao universo físico. A tarefa é controlar a estrutura da métrica quântica num dispositivo e ver como afecta a condução eléctrica à temperatura ambiente média.
Meio: Condutividade não ôhmica resultante de um complexo arranjo quântico-métrico do “universo do eletrão”, ajustável através da textura magnética do Mn3Sn, resultando num efeito Hall de segunda ordem.
À direita: Condutividade óhmica tradicional com uma configuração quântico-métrica simples. Fonte: Yasufumi Araki, Jiahao Han e Shunsuke Fukami
Os investigadores trabalharam com uma configuração de película fina que inclui um metal pesado, a Pt, e um íman especial, o Mn3Sn, para modificar a estrutura quântico-métrica à temperatura ambiente. Quando o Mn3Sn está próximo da Pt, apresenta alterações significativas nas suas propriedades magnéticas quando é aplicado um campo magnético. Observaram e controlaram um tipo de condução não ôhmica chamado efeito Hall de segunda ordem, em que a tensão reage em ângulo reto e de forma quadrática à corrente eléctrica. A modelação teórica confirmou que a métrica quântica explica apenas estas descobertas.
Quebrando a Barreira: Controlo da Temperatura Ambiente da Métrica Quântica
Jiahao Han, o autor principal do estudo, explicou que o efeito Hall de segunda ordem tem origem na estrutura métrica quântica que interage com a textura magnética particular na interface Mn3Sn/Pt. Por conseguinte, mencionou que poderiam ajustar a métrica quântica alterando a estrutura magnética do material utilizando métodos spintrónicos. Referiu ainda que poderiam confirmar esses ajustes através do controlo magnético do efeito Hall de segunda ordem.
Yasufumi Araki, o principal contribuinte para a análise teórica, explicou ainda que as previsões teóricas sugerem que a métrica quântica é um conceito fundamental que liga as propriedades dos materiais observados em experiências às estruturas geométricas investigadas em física matemática. Observou que a confirmação da sua evidência em experiências tem colocado desafios. Araki espera que o seu método experimental para aceder à métrica quântica possa impulsionar ainda mais os estudos teóricos neste domínio.
O investigador principal Shunsuke Fukami também deu o seu contributo, afirmando que se pensava que a métrica quântica era intrínseca e incontrolável, tal como o próprio universo. No entanto, sublinhou a necessidade de alterar esta perceção. Fukami sublinhou que as suas descobertas, especialmente no que diz respeito ao controlo adaptável à temperatura ambiente, podem abrir novas vias para o desenvolvimento futuro de dispositivos funcionais como rectificadores e detectores.
Leia O Artigo Original: SciTechDaily
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