Estudo descobre novo estado eletrônico da matéria

Os elétrons viajam em carros com números crescentes, dando origem a uma série de condutâncias que aparece no triângulo de Pascal. Crédito: Yun-Yi Pai

Uma equipe de pesquisa liderada por professores do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Pittsburgh anunciou a descoberta de um novo estado eletrônico da matéria.

Jeremy Levy, um ilustre professor de física da matéria condensada , e Patrick Irvin, professor associado de pesquisa, são co-autores do artigo "Série de condutância Pascal em canais balísticos unidimensionais LaAIO 3 / SrTiO 3 ". A pesquisa se concentra em medições em sistemas condutores unidimensionais em que os elétrons viajam sem se espalhar em grupos de dois ou mais de uma vez, em vez de individualmente.

"Normalmente, elétrons em semicondutores ou metais se movem e se dispersam e, eventualmente, flutuam em uma direção se você aplicar uma voltagem. Mas em condutores balísticos, os elétrons se movem mais como carros em uma rodovia. A vantagem disso é que eles não emitem calor e pode ser usado de maneiras bem diferentes da eletrônica comum. Pesquisadores antes de nós conseguiram criar esse tipo de condutor balístico ", explicou Levy.

"A descoberta que fizemos mostra que quando os elétrons podem ser feitos para atrair um ao outro, eles podem formar grupos de dois, três, quatro e cinco elétrons que literalmente se comportam como novos tipos de partículas, novas formas de matéria eletrônica".

Este vídeo explica nossa publicação em três níveis diferentes de complexidade. Crédito: Jeremy Levy

Levy comparou a descoberta à maneira como os quarks se unem para formar nêutrons e prótons. Uma pista importante para descobrir a nova questão foi reconhecer que esses condutores balísticos correspondiam a uma sequência dentro do triângulo de Pascal.

"Se você olhar ao longo de diferentes direções do Triângulo de Pascal, poderá ver diferentes padrões numéricos e um deles era um, três, seis, 10, 15, 21. Essa é uma sequência que observamos em nossos dados, tornando-se uma pista desafiadora. A descoberta levou algum tempo para entender, mas foi porque inicialmente não percebemos que estávamos olhando para partículas compostas de um elétron, dois elétrons, três elétrons e assim por diante. Se você combinar tudo isso juntos você obtém a sequência de 1,3,6,10 ".

Levy, que também é diretor do Pittsburgh Quantum Institute, observou que as novas partículas apresentam propriedades relacionadas ao entrelaçamento quântico , que podem ser potencialmente usadas para computação quântica e redistribuição quântica. Ele disse que a descoberta é um avanço emocionante para o próximo estágio da física quântica.

"Esta pesquisa se enquadra em um esforço maior aqui em Pittsburgh para desenvolver novas ciências e tecnologias relacionadas à segunda revolução quântica", disse ele.

"Na primeira revolução quântica, as pessoas descobriram que o mundo ao seu redor era governado fundamentalmente por leis da física quântica. Essa descoberta levou a uma compreensão da tabela periódica, como os materiais se comportam e ajudaram no desenvolvimento de transistores, computadores, scanners de ressonância magnética e tecnologia da informação. .

"Agora, no século XXI, examinamos todas as estranhas previsões da física quântica e as transformamos e as usamos. Quando você fala sobre aplicativos, estamos pensando em computação quântica, teletransporte quântico, comunicações quânticas, sensor quântico - idéias que usam propriedades da natureza quântica da matéria que antes eram ignoradas ".

Mais informações: Publicado na Science (2020) - DOI: 10.1126 / science.aat6467 

Fonte - Phys.org