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Físicos da Universidade de Basel demonstraram experimentalmente pela primeira vez que existe uma correlação negativa entre os dois spins de um par emaranhado de elétrons de um supercondutor. Para o estudo, os pesquisadores usaram filtros de spin feitos de nanoímãs e pontos quânticos, conforme relatam na revista científica Natureza.
O emaranhamento entre duas partículas está entre os fenômenos da física quântica que são difíceis de conciliar com as experiências cotidianas. Se emaranhadas, certas propriedades das duas partículas estão intimamente ligadas, mesmo quando distantes. Albert Einstein descreveu o emaranhamento como uma “ação assustadora à distância”. A pesquisa sobre emaranhamento entre partículas de luz (fótons) recebeu o Prêmio Nobel de Física deste ano.
Dois elétrons também podem estar emaranhados – por exemplo, em seus spins. Em um supercondutor, os elétrons formam os chamados pares de Cooper responsáveis pelas correntes elétricas sem perdas e nas quais os spins individuais estão emaranhados.
Por vários anos, pesquisadores do Swiss Nanoscience Institute e do Departamento de Física da Universidade de Basel conseguiram extrair pares de elétrons de um supercondutor e separar espacialmente os dois elétrons. Isso é alcançado por meio de dois pontos quânticos – estruturas nanoeletrônicas conectadas em paralelo, cada uma das quais permite a passagem de apenas um elétron.
Spins de elétrons opostos de pares de Cooper
A equipe do Prof. Dr. Christian Schönenberger e do Dr. Andreas Baumgartner, em colaboração com os pesquisadores liderados pela Prof. esperado teoricamente: os elétrons de um supercondutor sempre emergem em pares com spins opostos.
Usando uma configuração experimental inovadora, os físicos conseguiram medir que o spin de um elétron aponta para cima quando o outro aponta para baixo e vice-versa. “Assim, provamos experimentalmente uma correlação negativa entre os spins de elétrons emparelhados”, explica o líder do projeto, Andreas Baumgartner.
Os pesquisadores conseguiram isso usando um filtro de rotação que desenvolveram em seu laboratório. Usando minúsculos ímãs, eles geraram campos magnéticos individualmente ajustáveis em cada um dos dois pontos quânticos que separam os elétrons do par de Cooper. Como o spin também determina o momento magnético de um elétron, apenas um tipo particular de spin é permitido por vez.
“Podemos ajustar ambos os pontos quânticos para que principalmente elétrons com um determinado spin passem por eles”, explica o primeiro autor, Dr. Arunav Bordoloi. “Por exemplo, um elétron com spin para cima passa por um ponto quântico e um elétron com spin para baixo passa pelo outro ponto quântico, ou vice-versa. Se ambos os pontos quânticos forem configurados para passar apenas os mesmos spins, as correntes elétricas em ambos pontos são reduzidos, mesmo que um elétron individual possa passar por um único ponto quântico.”
“Com este método, fomos capazes de detectar essas correlações negativas entre os spins dos elétrons de um supercondutor pela primeira vez”, conclui Andreas Baumgartner. “Nossos experimentos são um primeiro passo, mas ainda não são uma prova definitiva de spins de elétrons emaranhados, já que não podemos definir a orientação dos filtros de spin arbitrariamente – mas estamos trabalhando nisso”.
A pesquisa, que foi publicada recentemente na Natureza, é considerado um passo importante para futuras investigações experimentais de fenômenos da mecânica quântica, como o emaranhamento de partículas em sólidos, que também é um componente chave dos computadores quânticos.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Basileia. Original escrito por Christel Möller. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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