Físicos criaram um líquido quântico que nunca "congela"

Uma equipe internacional de físicos descobriu um estado quântico no qual o alinhamento dos átomos associados

gira, não ordenado mesmo em ultra-baixotemperaturas. Os cientistas conseguiram resfriar o material criado a quase zero absoluto. Ao mesmo tempo, a propriedade central dos átomos - a sua disposição - não “congela”, como de costume, mas permanece no estado “líquido”, afirmam os autores do relatório de trabalho.

À primeira vista, os materiais quânticos nãodiferente das substâncias comuns, mas ainda existem diferenças, dizem os pesquisadores. Dentro desses materiais, os elétrons interagem com intensidade incomum entre si e com os átomos da rede cristalina. Essa interação próxima leva a poderosos efeitos quânticos que se manifestam não apenas na escala microscópica, mas também na escala macroscópica.

Graças a esses efeitos, os materiais quânticostêm propriedades incomuns. Por exemplo, eles podem conduzir eletricidade sem absolutamente nenhuma perda em baixas temperaturas. Ao mesmo tempo, mesmo pequenas mudanças de temperatura, pressão ou tensão elétrica são suficientes para mudar radicalmente o comportamento do material.

Líquido quântico. Imagem: Nan Tang et al., Física da Natureza

Em seu trabalho, os pesquisadores buscaram criarum material quântico que não mudará suas propriedades independentemente da temperatura do meio. Eles usaram uma combinação de vários elementos - praseodímio, zircônio e oxigênio. Os pesquisadores levantaram a hipótese de que, nesse material, as propriedades da rede cristalina permitiriam que os spins dos elétrons interagissem de maneira especial com os orbitais nos quais eles "se movem" em torno dos núcleos dos átomos.

Após uma série de tentativas, os pesquisadores conseguiramcriar cristais suficientemente puros para que impurezas e não homogeneidades não afetem as propriedades calculadas. Eles resfriaram a amostra até 20 mK (um quinquagésimo de grau do zero absoluto). Os resultados dos experimentos mostraram que neste estado o material retém "propriedades líquidas - os spins dos elétrons não são ordenados. Esta é a primeira observação de um estado quântico incomum, dizem os autores. Eles a comparam a "água que nunca congela".

Instalação criogênica usada no experimento. Imagem: Jürgen Jeibmann, HZDR

Um novo estado quântico pode serser usado para desenvolver sensores quânticos altamente sensíveis, acreditam os cientistas. Como sua natureza quântica os torna extremamente sensíveis a estímulos externos, esses sensores podem registrar campos magnéticos ou temperaturas com muito mais precisão do que os dispositivos convencionais.

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