Em termos clássicos, é muito fácil entender mudanças de fase, como as que acontecem a um material na transição entre os estados sólido, líquido e gasoso. Mas o que significa uma transição de fase em termos quânticos? Compreender mudanças de fase quânticas é ainda hoje um desafio, e uma das ferramentas que podem servir bem a esse propósito é a análise de espaços métricos.
Essa é a base de um artigo publicado em 26 de julho no “Brazilian Journal of Physics”, publicação da Sociedade Brasileira de Física. De autoria de Vivian V. França, do Instituto de Química da UNESP (Universidade Estadual Paulista) em Araraquara (SP), com T. de Picoli e I. D’Amico, do Instituto de Física de São Carlos da USP (Universidade de São Paulo), o trabalho usa a abordagem de espaços métricos para estudar transições de fase em sistemas em que há população desbalanceada de spins.
“Espaços métricos são caracterizados por distâncias entre pares de elementos”, explica França. “Métricas podem distinguir estados quânticos ao quantificar a semelhança entre estados. Assim, distâncias entre estados quânticos têm o potencial de indicar se os estados pertencem a fases distintas e, portanto, poderiam ser usadas para detectar transições de fase quânticas. O desafio neste caso está em construir apropriadamente a métrica e escolher o sistema de referência capaz de apontar a transição em relação ao parâmetro que a desencadeia. O recente trabalho no BJP é um primeiro passo nesse sentido.”
O artigo se concentrou em particular na chamada fase FFLO (Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov), também chamada de superfluido heterogêneo ou exótico. Ela é caracterizada pela exótica coexistência de superfluidez e magnetismo na mesma amostra, um par de propriedades relevantes não só para pesquisa básica, mas para aplicações.
“Em nanomateriais a fase FFLO é esperada emergir em sistemas com população desbalanceada de spin, tal que haja um campo magnético interno devido à polarização”, explica França. “Experimentalmente, embora experimentos estado-da-arte tenham sido realizados em átomos frios, há apenas evidências alusivas deste supercondutor exótico. Do ponto de vista teórico, em contraste com superfluidos convencionais — cuja descrição microscópica é bem conhecida, pela teoria de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) — existem várias características da superfluidez exótica ainda em debate na literatura. Um exemplo é justamente quanto às transições de fase quânticas presentes nestes sistemas: em que regimes de parâmetros ocorrem, qual a natureza das transições e como confinamento harmônico, presente em experimentos de átomos frios, afetam o sistema. Assim, a análise via espaços métricos é uma ferramenta poderosa que permite investigar questões importantes de superfluidos exóticos.”
O trabalho consiste nos primeiros passos no uso de espaços métricos para a detecção de transições de fase quânticas. “Em particular para os sistemas com população desbalanceada de spin, mostramos que nossas distâncias conseguem distinguir as transições presentes, o que não foi possível usando por exemplo emaranhamento quântico, conhecido por ser uma ferramenta para detecção de tais transições.”
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