Mundo extico descoberto por fsicos est por todos os lados

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 15/09/2021

Isolantes topolgicos

Uma nova classe de materiais descoberta recentemente tornou-se quase imediatamente uma das estrelas de todas as pesquisas que sonham com novas arquiteturas computacionais, de processadores eletrnicos alm da Lei de Moore at processadores qunticos e processadores fotnicos, que funcionam com luz.

So os isolantes topolgicos, materiais que apresentam caractersticas exticas apenas em sua superfcie, mas no em seu interior. Por exemplo, a simetria do material impede que os eltrons se espalhem, um conceito que rendeu o Nobel de Fsica de 2016.

Se qualquer comportamento guiado pela mecnica quntica j pode ser muito justamente chamado de extico, esses materiais so ento os exticos dentro do extico.

Tamanha anomalia fez com que os fsicos considerassem at agora que os isolantes topolgicos representam estados da matria muito especiais, com suas propriedades apenas se manifestando em condies ainda mais especiais.

Nada mais longe da verdade: o pesquisador Tsvi Tlusty, da Universidade Nacional de Cincia e Tecnologia Ulsan, na Coreia do Sul, acaba de demonstrar que as caractersticas topolgicas exticas apresentadas nesses sistemas sofisticados de matria quntica (a matria reagindo segundo as leis da mecnica quntica) tambm emergem na matria comum em temperatura ambiente (a matria reagindo segundo as leis da mecnica clssica).

Em outras palavras, os tais “fenmenos exticos” pouco tm de exotismo, sendo muito mais difundidos do que se acreditava.

Sistemas no-Hermitianos

Os comportamentos exticos apresentados pelos isolantes topolgicos passam ao largo de um dos fundamentos mais bsicos da fsica, a chamada “lei de conservao de energia”.

No que eles no obedeam lei: A questo que a conservao de energia funciona em sistemas fechados, e a maioria dos sistemas que conhecemos e com os quais lidamos so abertos e dissipativos, trocando energia e informao com o mundo externo. E alguns desses sistemas abertos, que os matemticos chamam de no-Hermitianos, reagem de forma muito diferente do padro, razo pela qual dizemos que eles so exticos.

Ento Tsvi Tlusty se disps a checar se essas topologias exticas so realmente incomuns na natureza. Afinal de contas, estamos mergulhados em um mundo dissipativo, e os organismos vivos esto inerentemente abertos troca com o meio ambiente em todas as escalas.

A resposta que Tlusty que no h exotismo nenhum em jogo – esses fenmenos acontecem por todos os lados.

Exotismo onipresente

Ao vincular topologia e hidrodinmica, Tlusty demonstrou pela primeira vez assinaturas topolgicas exticas na matria comum. Na verdade, ele registrou o fenmeno no apenas em superfcie slidas duras, como nos materiais estudados at agora, mas tambm na matria mole, incluindo uma rede elstica simples sujeita a um fluxo viscoso.

Surpreendentemente, ele observou at mesmo um arco de Fermi, um formato particularmente elusivo at agora s observado em um cristal fotnico. Configuraes fsicas semelhantes de matria elstica em fluxo viscoso so comuns na matria mole e na matria viva, por exemplo em cristais coloidais e tecidos biolgicos. possvel at construir essas redes moles em nanoescala a partir de molculas de DNA e protenas.

“Tudo isso sugere que a topologia extica onipresente em nosso ambiente imediato, talvez at mesmo em nossos corpos,” disse Tlusty. “Assim como nos campos dos materiais topolgicos eletrnicos ou fotnicos, podemos at mesmo comear a pensar sobre as possveis aplicaes da tecnologia baseada em topologia neste regime comum.”

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