Estudos avançam na busca por fractons, quasipartículas que podem revolucionar a forma como armazenamos informações
As excitações em sólidos também podem ser matematicamente representadas como quasipartículas. Um exemplo são as vibrações de rede, que aumentam com a temperatura, e podem ser descritas como fônons. Da mesma forma, é possível descrever matematicamente quasipartículas que nunca foram observadas em um material. Caso tais “quasipartículas teóricas” apresentem características intrigantes, vale a pena explorá-las mais a fundo. É o caso dos fractons.
Fractons são frações de excitações de spin e não têm permissão para possuir energia cinética. Como resultado, eles são completamente estáticos e imóveis, tornando-se novos candidatos para o armazenamento de informações totalmente seguro. Além disso, sob certas condições, eles podem ser movidos piggyback em outra quasipartícula.
“Os fractons surgiram de uma extensão matemática da eletrodinâmica quântica, na qual os campos elétricos são tratados não como vetores, mas como tensores – completamente desvinculados de materiais reais”, explica o Prof. Dr. Johannes Reuther, físico teórico da Freie Universität Berlin e do HZB.
Para observar fractons experimentalmente no futuro, é necessário encontrar sistemas-modelo o mais simples possível. Assim, foram modelados inicialmente estruturas cristalinas octaédricas com átomos de canto interagindo antiferromagneticamente. Isso revelou padrões especiais com pontos de beliscão característicos nas correlações de spin, que em princípio também podem ser detectados experimentalmente em um material real com experimentos de nêutrons.
“Em trabalhos anteriores, entretanto, os spins eram tratados como vetores clássicos, sem levar em conta as flutuações quânticas”, diz Reuther. Por isso, Reuther, juntamente com Yasir Iqbal do Instituto Indiano de Tecnologia em Chennai, Índia, e seu doutorando Nils Niggemann, incluiu pela primeira vez flutuações quânticas no cálculo desse sistema sólido octaédrico. São cálculos numéricos muito complexos, que em princípio são capazes de mapear fractons.
“O resultado nos surpreendeu, pois vemos que as flutuações quânticas não aumentam a visibilidade dos fractons, mas pelo contrário, as desfocam totalmente, mesmo à temperatura zero absoluto”, diz Niggemann.
O próximo passo é desenvolver um modelo no qual as flutuações quânticas possam ser reguladas para mais ou para menos. Uma espécie de mundo intermediário entre a física do estado sólido clássico e as simulações anteriores, no qual a teoria eletrodinâmica quântica estendida com seus fractons pode ser estudada em mais detalhes.
Ainda não se conhece nenhum material que exiba fractons. Mas, se o próximo modelo der indicações mais precisas de como deveria ser a estrutura cristalina e as interações magnéticas, então os físicos experimentais poderiam começar a projetar e medir tais materiais.
“Não vejo uma aplicação dessas descobertas nos próximos anos, mas talvez nas próximas décadas e aí seria o famoso salto quântico, com propriedades realmente novas”, diz Reuther.
Por 247