Cientistas desbloqueiam o poder do spin de elétrons para futuras tecnologias quânticas

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Cientistas desbloqueiam o poder do spin de elétrons para
futuras tecnologias quânticas
A propagação do pacote de onda Magnon em um antiferromagnet é revelada nestes instantâneos
obtidos usando pares de pulsos de laser. Crédito da imagem: Joseph Orenstein/Berkeley Lab
Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley fizeram um avanço significativo no campo da ciência
da informação quântica, demonstrando uma nova maneira de usar o spin de elétrons para transportar
informações quânticas por longas distâncias.
Esta descoberta poderia abrir caminho para tecnologias quânticas avançadas, incluindo computadores
super-rápidos e sensores altamente sensíveis.
A equipe, liderada pelos pesquisadores Joseph Orenstein, Yue Sun, Jie Yao e Fanghao Meng, concentrou-
se em uma propriedade de elétrons conhecida como “spin”.
Ao contrário da informação digital tradicional, que é armazenada em forma binária como zeros e uns, o spin
de elétrons pode representar estados de informação mais complexos, tornando-se um candidato ideal para a
computação quântica.
Sua pesquisa, publicada na Nature Physics, explora o comportamento dos pacotes de ondas magnon em
antiferromagnetas.
https://www.nature.com/articles/s41567-024-02387-2
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Os ímãs são essencialmente excitações coletivas ou “ondas” de spin de elétrons que se movem através de
um material.
Os antiferroímeos são materiais onde os spins de elétrons se alinham em direções alternadas, cancelando
qualquer magnetismo geral.
Esta propriedade única permite que os magnons viajem sem a interferência que normalmente ocorre em
materiais magnéticos.
Tradicionalmente, acreditava-se que essas ondas de magnon só podiam viajar curtas distâncias em
materiais antiferromagnéticos.
No entanto, a equipe do Laboratório de Berkeley usou uma nova técnica envolvendo pares de pulsos de
laser para perturbar o arranjo de rotação em uma área e observar como esses distúrbios viajavam pelo
material. Os experimentos revelaram que essas ondas poderiam se mover muito mais e mais rápido do que
se pensava anteriormente.
Em seus experimentos com um material antiferromagnético específico, brometo de sulfeto de cromo
(CrSBr), os pesquisadores descobriram que os pacotes de ondas de magnon poderiam se propagar como
ondulações em uma lagoa, espalhando-se rapidamente em todas as direções.
Este foi um achado surpreendente porque os modelos existentes, que só consideraram interações entre
giros vizinhos, previram velocidades muito mais lentas e distâncias mais curtas.
Orenstein explicou o fenômeno comparando os spins de elétrons com minúsculos ímãs de barra. Em seu
modelo, em vez de apenas influenciar seus vizinhos imediatos, cada “ímã” afeta todos os outros em todo o
sistema, semelhante à forma como um ímã de geladeira adere a uma porta de geladeira. Esta interação de
longo alcance permite que as ondas de magnon viajem mais rápido e mais longe do que o esperado.
Este avanço demonstra o potencial de usar spin de elétrons na computação quântica e outras aplicações,
onde a transmissão confiável e eficiente de informações quânticas ao longo das distâncias é crucial.
A descoberta não só desafia compreensões anteriores da dinâmica de spin em antiferromagnets, mas
também oferece possibilidades interessantes para o desenvolvimento de futuras tecnologias quânticas.