Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu como controlar as propriedades magnéticas e eletrônicas de um cristal composto de silício e de metais de núcleos atômicos pesados, cério e paládio (Ce3Pd20Si6). Os experimentos com o material submetido a temperaturas próximas do zero absoluto revelaram a existência inesperada de dois pontos críticos quânticos. São valores de temperatura muito baixas e campo magnético intensos em que ocorrem transformações radicais nos estados orbital e de spin dos elétrons localizados os quais estabelecem um comportamento coletivo dos elétrons de condução do material.
O trabalho publicado em setembro na revista PNAS contou com a participação de Valentina Martelli e Júlio Larrea, professores do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP).”Pela indução de pontos críticos quânticos, podemos manipular diferentes graus de liberdade de spin e órbita, formando novos estados coletivos no material que podem ser aplicados futuramente em avanços tecnológicos no campo da spintrônica ou da supercondutividade”, afirma Larrea.
Martelli e Larrea colaboraram no trabalho desde o início, com a caracterização do material de férmions pesados monocristalino, até as medidas de propriedades físicas do material sobre a aplicação de um campo magnético externo em temperaturas ultrafrias. Os experimentos foram realizados na Universidade Técnica de Viena, Áustria, sob a coordenação da professora Silke Paschen. Qimiao Si, professor da Universidade Rice, Estados Unidos, forneceu o apoio teórico para interpretar os resultados experimentais.
As transições de fase quânticas em temperaturas ultrafrias são análogas às transições de fase da água com a mudança de temperatura. Próximo do zero absoluto, pequenas mudanças de temperatura fazem com que os férmions pesados monocristalinos apresentem dois tipos diferentes de ordem. Uma delas é a ordem anti-ferromangética, em que os spins dos férmions se organizam anti-paralelamente. A outra ordem, conhecida como transição de ordem quadrupolar, está associada à distribuição dos elétrons localizados em orbitais. O surgimento de ambas ordens depende da interação dos spins e orbitais com os elétrons de condução do material. Os experimentos mostraram que a aplicação de um campo magnético externo é capaz de suprimir o acoplamento com os elétrons de condução, provocando o desaparecimento das duas ordens. Os valores de temperatura e campo magnético em que acontecem a supressão dessas ordens marcam os dois pontos críticos quânticos descobertos.
Martelli teve seu trabalho financiado pela FAPERJ. Agora com apoio da FAPESP, ela e Larrea continuam a pesquisa com novos experimentos no IFUSP, para descobrir como variações na pressão, ao invés da temperatura, alteram as propriedades do material de férmions pesados.
Artigo científico
Sequential localization of a complex electron fluid
Valentina Martelli, Ang Cai, Emilian M. Nica, Mathieu Taupin, Andrey Prokofiev, Chia-Chuan Liu, Hsin-Hua Lai, Rong Yu, Kevin Ingersent, Robert Küchler, André M. Strydom, Diana Geiger, Jonathan Haenel, Julio Larrea, Qimiao Si e Silke Paschen
PNAS September 3, 2019 116 (36) 17701-17706
ArXiv:1709.09376
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