Pesquisadores japoneses alcançaram recentemente um marco significativo ao desenvolver as teorias e experimentos necessários para manipular a geometria do chamado “universo eletrônico”. Essa abordagem descreve a estrutura dos elétrons e seus estados quânticos de forma matematicamente análoga à descrição do Universo físico em sua totalidade.
Embora a condução de eletricidade tenha sido historicamente regida pela Lei de Ohm, que estabelece uma relação proporcional entre a corrente elétrica e a tensão aplicada, a demanda crescente por dispositivos eletrônicos mais versáteis e eficientes impulsionou os cientistas a buscar maneiras de contornar e até superar essa lei.
A chave para esse avanço foi encontrada na mecânica quântica: uma geometria única, conhecida como métrica quântica, que permite a ocorrência de uma condução não-ôhmica. Em outras palavras, uma condução elétrica que não está estritamente vinculada à Lei de Ohm. Essa métrica quântica é uma propriedade intrínseca do material onde o fenômeno ocorre, sugerindo ser uma característica fundamental do comportamento das partículas que compõem esse material.
O termo “métrica quântica” foi inspirado no conceito de métrica da Relatividade Geral, que descreve como a geometria do Universo se deforma sob a influência de forças gravitacionais intensas. Da mesma forma, compreender a métrica quântica tornou-se crucial para a busca por uma condução não-ôhmica dentro dos materiais, visando aproveitar ao máximo seus potenciais benefícios.
Esta métrica delineia a geometria do “universo eletrônico”, que é análogo ao Universo físico. O desafio atual reside em manipular a estrutura da métrica quântica dentro de um único dispositivo e compreender seu impacto na condução elétrica, idealmente à temperatura ambiente, para viabilizar aplicações práticas mais amplas.
Para abordar esse desafio, Jiahao Han e seus colegas da Universidade Tohoku e da Agência de Energia Atômica do Japão conseguiram manipular a estrutura quântica de uma heteroestrutura de filme fino. Esta estrutura era composta por um ímã exótico (Mn3Sn) e um metal, a platina (Pt), e apresentava uma textura magnética crucial quando em interface com a Pt. Essa textura magnética era altamente sensível a um campo magnético externo, que podia ser utilizado para controlá-la.
Os pesquisadores conseguiram medir e controlar magneticamente uma condução não-ôhmica, conhecida como efeito Hall de segunda ordem, onde a tensão responde ortogonal e quadraticamente à corrente elétrica aplicada. Através de modelagem teórica, eles confirmaram que as observações podiam ser explicadas exclusivamente pela métrica quântica.
Han explicou: “Nosso efeito Hall de segunda ordem surge da estrutura métrica quântica que se acopla com a textura magnética específica na interface Mn3Sn/Pt. Portanto, podemos manipular com flexibilidade a métrica quântica modificando a estrutura magnética do material por meio de abordagens spintrônicas, e verificar essa manipulação no controle magnético do efeito Hall de segunda ordem.”
Essa descoberta não apenas aprofunda nossa compreensão da ciência quântica fundamental dos elétrons, mas também abre caminho para o desenvolvimento de componentes spintrônicos inovadores, utilizando essa condução não convencional da métrica quântica.
Fonte: Inovação Tecnológica
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