Físicos do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos EUA, descobriram o primeiro cristal líquido quântico tridimensional, um novo estado da matéria que pode ter aplicações nos computadores quânticos e nas tecnologias vistas como sucessoras da eletrônica.
“Nós detectamos a existência de um estado fundamentalmente novo da matéria, que pode ser considerado como um análogo quântico de um cristal líquido. Em princípio, podem existir numerosas classes desses cristais quânticos líquidos; portanto, nossa descoberta é provavelmente a ponta de um iceberg,” disse o professor David Hsieh, do Instituto de Tecnologia da Califórnia.
Os cristais líquidos tradicionais, ou clássicos, estão em algum lugar entre um líquido e um sólido. Eles são formados por moléculas que fluem livremente, como se fossem um líquido, mas todas orientadas na mesma direção, como em um sólido. Eles podem ser encontrados na natureza, como nas membranas celulares biológicas, ou podem ser fabricados artificialmente, como os utilizados em todas as telas de TV, computador, celulares e demais aparelhos eletrônicos.
Por sua vez, em um cristal líquido quântico, os elétrons se comportam como as moléculas dos cristais líquidos clássicos, ou seja, movem-se livremente, mas têm uma direção preferencial. O primeiro cristal líquido quântico foi descoberto por Jim Eisenstein em 1999, mas é bidimensional, o que significa que ele está confinado a um único plano dentro do material hospedeiro – uma substância metálica artificial baseada no arseneto de gálio.
Agora, foi descoberto o primeiro cristal líquido quântico 3D, um composto metálico de fórmula Cd2Re2O7 (cádmio, rênio e oxigênio).
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Em comparação com um cristal líquido quântico 2D, o 3D é mais bizarro, pois os elétrons não apenas fazem uma distinção entre os eixos x, y e z, mas também possuem propriedades magnéticas diferentes dependendo se eles estão fluindo para frente ou para trás em um determinado eixo.
“Induzir uma corrente elétrica através desses materiais os transforma de não-magnéticos em magnéticos, o que é altamente incomum”, disse Hsieh. “Mais do que isso, em cada direção que você pode fazer a corrente fluir, a força magnética e a orientação magnética mudam. Os físicos dizem que esses elétrons ‘quebram a simetria’ da rede”.
Os pesquisadores afirmam que os cristais líquidos quânticos 3D poderão desempenhar um papel no emergente campo da spintrônica, que explora a direção em que os elétrons giram, para criar chips de computador mais eficientes.
Além disso, conforme o site Inovação Tecnológica, a descoberta poderá ajudar com alguns dos desafios para a construção de um computador quântico. Uma das dificuldades para a construção desses computadores é que as propriedades quânticas são extremamente frágeis e podem ser facilmente destruídas através de interações com o ambiente circundante. Uma das técnicas para lidar com isso é a chamada computação quântica topológica, que usa um tipo especial de material supercondutor que apresenta propriedades diferentes no seu interior e na sua superfície.
“Da mesma forma que os cristais líquidos quânticos 2D foram propostos como precursores dos supercondutores de alta temperatura, os cristais líquidos quânticos 3D poderiam ser os precursores dos supercondutores topológicos que estávamos procurando”, afirmou Hsieh.
“Em vez de confiar na sorte para encontrar supercondutores topológicos, podemos agora ter uma rota para criá-los racionalmente usando cristais líquidos quânticos 3D. Esse é o próximo passo na nossa agenda”, disse John Harter, principal autor da descoberta.