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Novos estados inesperados da matéria que desafiam teorias existentes foram revelados em investigações recentes de pesquisadores da Universidade Estadual da Geórgia, cujos estudos de efeitos Hall quânticos fracionários (FQHE) podem sinalizar novos avanços na computação quântica e na ciência dos materiais.
As descobertas foram feitas durante uma pesquisa liderada pelo professor Ramesh G. Mani e pelo recém-formado em doutorado U. Kushan Wijewardena, cujos estudos de FQHE revelaram novos estados de não equilíbrio da matéria que podem ter implicações profundas para tecnologias futuras.
As descobertas de Mani e Wijewardena, publicadas em Física das Comunicaçõesagora apontam para a existência de novos estados de não equilíbrio da matéria resultantes de seus estudos de FQHE.
O mundo desconcertante dos efeitos Hall quânticos fracionários
FQHE é um fenômeno onde elétrons se comportam de maneiras inesperadas sob condições extremas apresentadas dentro de um espaço bidimensional especial. O fenômeno é causado pelo agrupamento de elétrons, que interagem com campos magnéticos para formar o que os físicos chamam de quasipartículas, que possuem apenas uma fração da carga de um elétron.
O FQHE tem sido um assunto de intriga para os físicos há muito tempo, pois revela propriedades únicas de propriedades dentro de sistemas bidimensionais, que são conceitualmente semelhantes às ideias exploradas na novela clássica de Edwin Abbot, Flatland, de 1884.
Especificamente, o FQHE é relevante para a física da matéria condensada, resultando em prêmios Nobel que incluíram reconhecimento pela descoberta do efeito Hall quântico e do efeito Hall quântico fracionário. Tais descobertas abririam caminho para o desenvolvimento de uma gama de tecnologias modernas, incluindo smartphones e avanços na computação quântica que estão atualmente em andamento.
Divisão inesperada de estados FQHE
Em seus experimentos recentes, Mani e Wijewardena estudaram os efeitos do fenômeno dentro de um campo magnético aproximadamente 100.000 vezes maior que o da Terra em temperaturas muito baixas. Aplicando uma corrente suplementar a dispositivos semicondutores de alta mobilidade compostos de estruturas em camadas que possuem arsenieto de gálio (GaAs) e arsenieto de gálio e alumínio (AlGaAs), os pesquisadores foram capazes de explorar alguns dos aspectos mais exclusivos do FQHE de maneiras nunca antes alcançadas.
Entre suas descobertas, a equipe relata a observação de divisão inesperada de estados FQHE e cruzamentos de seus respectivos ramos divididos. Essa descoberta que soa inócua tem grande significado potencial, pois revelou o que parecem ser novos estados da matéria que nunca foram observados anteriormente.
Em um declaraçãoMani comparou suas observações à exploração dos andares superiores de um edifício. Muitas pessoas compram ou alugam casas e raramente, ou nunca, sobem ao sótão ou ao vão subterrâneo, que permanecem em grande parte inexplorados. No entanto, diferentemente dos limites inexplorados da maioria das casas, os “andares” inexplorados das explorações FQHE da equipe revelaram assinaturas complexas de estados excitados no sistema quântico, descobertas que podem ter implicações significativas.
Observações revelam novos estados da matéria
“Trabalhamos nesses fenômenos há muitos anos, mas esta é a primeira vez que relatamos essas descobertas experimentais sobre a obtenção de estados excitados de estados Hall quânticos fracionários induzidos pela aplicação de um viés de corrente contínua”, disse Wijewardena em uma declaração recente.
“Os resultados são fascinantes e demorou um pouco para termos uma explicação viável para nossas observações.”
De acordo com Wijewardena, os resultados da equipe podem até sugerir uma origem híbrida para os FQHEs de estado excitado fora de equilíbrio observados.
A nova pesquisa, embora potencialmente desafie teorias existentes relacionadas a FQHEs, também pode abrir novos caminhos para pesquisa no campo da física da matéria condensada. Nos próximos anos, tais estudos podem se estender muito além do laboratório para oferecer potenciais avanços em computação quântica e ciência de materiais, o que pode levar a tecnologias futuras revolucionárias.
No futuro, Wijewardena e Mani planejam estender suas explorações a essas condições extremas e ver se observações adicionais do FQHE nessas condições revelam suas nuances mais profundas, revelando assim insights potencialmente mais cruciais que podem impulsionar tecnologias futuras.
O estudo recente de Wijewardena, Mani e sua equipe, “Efeitos Hall fracionadamente quantizados em estado excitado fora de equilíbrio observados por meio de espectroscopia de polarização de corrente”, apareceu em Física das Comunicações em 6 de agosto de 2024.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe o trabalho dele em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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