A fragilidade dos estados quânticos quando expostos ao “mundo clássico” é o principal fator limitante para a confiabilidade de dispositivos quânticos. Evidentemente a manipulação de atributos quânticos, como spin de um elétron ou polarização de um fóton, para realizar tarefas deve ser comandada em laboratório, ambiente clássico do qual os físicos experimentais isolam o sistema quântico de formas engenhosas. Infelizmente não há isolamento perfeito. No momento vários grupos buscam sistemas robustos, porém manipuláveis, capazes de reter a coerência quântica durante o tempo de manipulação. Trabalho no contexto do controle de spin por ressonância magnética amplia o espaço para essa busca.
A ressonância de spin eletrônico é uma técnica poderosa no controle de spins em ambiente de matéria condensada. Consiste em aplicar simultaneamente um campo magnético estático que fica alinhado com os spins e outro, transversal e oscilante com frequência ajustada para produzir ressonância (oscilações de Rabi) por rotação do spin. Concebida para sistemas com um numero macroscópico de spins, há alguns anos já se realiza esse tipo de experimento em um único spin, técnica aplicada em trabalho recente que detecta geração de até oito (8) harmônicos em um nanofio de material semicondutor (InAs) onde um elétron é aprisionado a um poço quântico duplo.
O novo trabalho foi realizado por pesquisadores da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, em parceria com uma dupla da Faculdade de Ciências Aplicadas no campus de Limeira da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas). Os experimentos demonstram a geração de ressonâncias em frequências f/n (onde f é a frequência padrão) que são denominadas pelos autores de harmônicos.
Note que, em relação às cores ou às notas musicais, os harmônicos são associados a frequências maiores, nf, múltiplos inteiros de f, enquanto aqui eles representam f/n. Os pesquisadores observaram até oito harmônicos na ressonância de spin, ou seja, n = 1, 2, …,8. Um resultado importante do estudo é que o numero de harmônicos gerados é função da posição relativa dos dois poços quânticos constituindo o poço duplo, sendo máxima quando eles estão alinhado. Ampliam-se assim as possibilidades dessa técnica, permitindo o controle sobre um número de estados quânticos do sistema disponíveis para o spin e eventuais aplicações.
Pela Unicamp, participaram Marcelo Maialle e Marcos Degani. O trabalho foi publicado na revista “Physical Review Letters” em 6 de junho.
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