A descoberta é particularmente importante no ramo da computação quântica porque comprova que há qubits sintonizáveis que permitem que os seus spins sejam controlados.
Os físicos identificaram um novo estado exótico da matéria numa fase previamente conhecida de um composto magnético. Os investigadores do Laboratório Nacional de Brookhaven, nos EUA, liderados por Weiguo Yin, Christopher Roth e Alexei Tsvelik, descobriram uma fase “meio-gelo, meio-fogo” no material Sr3CuIrO6, um composto constituído por estrôncio, cobre, irídio e oxigénio.
Esta descoberta, relata num estudo publicado na Physical Review Letters, segue-se à identificação, em 2016, de uma fase “meio-fogo, meio-gelo” no mesmo material. Na descoberta anterior, os spins dos eletrões em duas estruturas diferentes apresentam comportamentos contrastantes – uma desordenada como chamas tremeluzentes e a outra congelada no lugar. A nova fase revela uma inversão desta configuração.
No centro desta descoberta está o conceito de frustração – um termo da física da matéria condensada que descreve as interações complexas entre partículas vizinhas. Uma pequena alteração no sistema pode repercutir-se no material, provocando uma mudança de fase. Na fase inicial “meio-fogo, meio-gelo”, os átomos de cobre apresentavam spins desordenados, enquanto os átomos de irídio tinham spins fixos e fortemente magnéticos. Anteriormente, parecia matematicamente impossível induzir uma mudança de fase nesta configuração.
No entanto, a equipa descobriu que, a uma temperatura específica, o material sofre uma inversão de fase completa, passando para o estado “meio-gelo, meio-fogo”. Aqui, os átomos de cobre tornam-se ordenados enquanto os átomos de irídio caem na desordem, explica o Science Alert.
Os materiais magnéticos existem em várias formas, sendo que os materiais ferromagnéticos, como o ferro, têm spins alinhados, enquanto os materiais ferrimagnéticos – como o Sr3CuIrO6 – apresentam múltiplos estados de spin.
A capacidade de alternar entre as duas fases exóticas é particularmente importante para a computação quântica. Os bits quânticos (qubits) dependem dos spins dos eletrões para representar estados binários, e os qubits sintonizáveis – onde os spins podem ser controlados – são altamente desejáveis.
Anteriormente, os físicos não tinham a certeza de como a fase “meio-fogo, meio-gelo” poderia ser aplicada devido às limitações do modelo unidimensional de Ising, uma estrutura matemática para o ferromagnetismo. A última descoberta fornece as peças que faltam no puzzle.
“A seguir, vamos explorar o fenómeno do gelo-fogo em sistemas com spins quânticos e com graus de liberdade adicionais de rede, carga e orbitais”, afirmou Yin. “A porta para novas possibilidades está agora aberta”.
