Perto do zero absoluto, o assunto sempre tende a ser ordenado

Nanotecnologia

Com informações da Agência Fapesp – 27/07/2020

Perto do zero absoluto, o tapete

A matéria é sempre solicitada em baixas temperaturas. Em (a), o ponto crítico (azul claro) muda de fase quando o campo magnético externo atinge um valor crítico. Em (b), um ponto crítico hipotético (ponto vermelho) é mostrado. O gradiente vermelho representa o papel das interações mútuas entre os momentos magnéticos, que se tornam cada vez mais relevantes à medida que a temperatura diminui. Linhas tracejadas representam linhas de transição.
[Imagem: Lucas Squillante et al. – 10.1038/s41598-020-64632-x]

Classificação inesperada

Quando as coisas sólidas esquentam o suficiente, elas derretem e entram na fase líquida e depois na fase gasosa; E quando o gradiente de temperatura é revertido, as coisas gasosas atingirão um ponto em que serão líquidas e depois outro ponto em que se tornarão sólidas.

Os físicos descrevem isso alegando que as transições de fase são governadas pela temperatura.

Mas parece que essa não é uma lei geral: quando a temperatura tende ao zero absoluto, as transições de fase também são influenciadas por outros parâmetros. Entre eles, destacam-se a pressão, o campo magnético e a pureza do material, uma vez que as impurezas, também chamadas de elementos dopantes, introduzem desordem na estrutura molecular.

Foi a descoberta de Lucas Squillante e Isys Mello, junto com uma equipe do Departamento de Física da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em Río Claro.

É uma descoberta surpreendente, porque rastreia outra imagem da matéria quando seus componentes mais básicos são observados, em vez de os átomos se agitarem ou se acalmarem à medida que a temperatura cai, o que acontece que, próximo ao zero absoluto, As partículas não são mais baseadas em “cada uma por si”, com interações que as levam a procurar um pedido.

“Em materiais paramagnéticos [materiais que sofrem a influncia de um campo magntico], sempre há uma pequena contribuição de muitos corpos para a energia do sistema. Essa contribuição pode ser considerada como um pequeno campo magnético local eficaz. Geralmente, esse campo é negligenciado, porque a energia associada a ele é muito pequena comparada à energia associada a flutuações térmicas ou campos magnéticos externos. Mas quando a temperatura e o campo magnético externo tendem a zero, as contribuições de muitos corpos se tornam bastante expressivas “, explicou o professor Mariano de Souza, que coordenou a descrição teórica do fenômeno pela equipe.

Rostos magnéticos

O que Squillante e Isys descobriram é que, devido a múltiplas interações, e não apenas à temperatura, a matéria sempre tende a ordenar perto de zero absoluto.

Portanto, coisas que foram descritas e caracterizadas com certas propriedades até agora, de fato, nunca atingem o “estado completo” que se acreditava: elas apenas se aproximam desse estado. o caso, por exemplo, de gases rotativos, líquidos e sorvetes e o mais conhecido condensado de Bose-Einstein.

Com aplicações importantes na computação quântica, gases, líquidos e sorvetes spinic são fases magnéticas, assim como vapor, líquido e gelo são fases da matéria na água. Até agora, os físicos acreditavam que, nesses materiais, as interações competitivas ou “frustradas” fariam com que a direção dos giros, ou momentos magnéticos, das partículas flutuasse continuamente, semelhante aos diferentes distúrbios observados nas fases da matéria. .

Perto do zero absoluto, o tapete

O que foi descoberto agora é que o modelo de um gás rotativo que não interage, por exemplo, nunca ocorre na realidade, porque a interação de muitos corpos entre os spins que compõem o sistema impede uma ordem.

“Descobrimos que, em materiais reais, não é possível ter um ponto crítico no qual ocorre uma transição de fase quântica no campo zero-zero, porque esse campo magnético residual sempre dura, devido às interações de muitos corpos. Por causa disso interação, em um contexto mais amplo, é impossível obter uma condensação ideal de Bose-Einstein “, confirma o professor Mariano.

Condensação de Bose-Einstein

A condensação de Bose-Einstein, por sua vez, é obtida quando um conjunto de átomos tem sua temperatura resfriada a zero quase absoluto. É uma condição muito especial, muitas vezes chamada de “quinto estado da matéria”, cujos quatro primeiros são sólidos, líquidos, gasosos e plasma.

Sob essas condições, as partículas não têm mais energia livre para se moverem e começam a compartilhar os mesmos estados quânticos, comportando-se como se fossem uma única partícula, uma espécie de átomo artificial. Previsto por Satyendra Nath Bose (1894-1974) e Albert Einstein (1879-1955) em 1924, o desempenho experimental de um condensado de Bose-Einstein recebeu o Prêmio Nobel de 2001 em Física.

“O que nosso estudo mostrou foi que, embora uma condensação ideal de Bose-Einstein possa ser obtida experimentalmente, a condição de condensação ideal não pode ser alcançada. Isso ocorre porque pressupõe que as partículas não se percebem, ou seja, , eles não interagem entre si. ” com os outros, e essa interação residual sempre ocorre, mesmo nas proximidades de zero kelvin.

“Outra descoberta foi que é possível magnetizar adiabaticamente [isto , sem ganho ou perda de calor] o material usando apenas essas interações mútuas “, concluiu o pesquisador.

Bibliografia:

Artigo: Revelando a física das interações mútuas em paramagnetismo
Autores: Lucas Squillante, Isys F. Mello, Gabriel O. Gomes, AC Seridonio, RE Lagos-Mônaco, H. Eugene Stanley, Mariano de Souza
Revista: Nature Scientific Reports
Vol .: 10, Número do artigo: 7981
DOI: 10.1038 / s41598-020-64632-x

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