Pesquisadores do Câmpus São Luís realizam estudo sobre anéis quânticos mesoscópicos

Com a intenção de descobrir como os campos magnéticos e a rotação rápida alteram as propriedades dos sistemas mesoscópicos, o estudo “Modification of Landau Levels in a 2D Ring Due to Rotation Effects and Edge States”, publicado na revista Annalen der Physik, com destaque internacional no site de resenhas científicas Advanced Science News, explora o comportamento dos elétrons em um anel mesoscópico rotacionando colocado em um campo magnético. A pesquisa foi produzida pelo físico Luís Fernando Carvalho Pereira, do Programa de Pós-Graduação em Física (PPGF), sob a orientação do professor Edilberto Oliveira Silva, do Departamento de Física do Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas (CCET) da Universidade Federal do Maranhão. 

Durante toda a história da humanidade, a observação de fenômenos naturais e a pretensão de ter controle sobre eles possibilitaram ao ser humano a oportunidade de se desenvolver cada vez mais no cotidiano. Isso fez com que os pesquisadores se interessassem pelos elétrons, uma vez que são os responsáveis pelas propriedades magnéticas e condutivas de um material.

Em livre tradução, o artigo “Modificação dos níveis de Landau em um anel 2D devido a efeitos de rotação e estados de borda” investigou os efeitos de rotação em anéis quânticos de dimensões mesoscópicas, em que apresentam um espaçamento discreto de energia. Mais do que fundamental para o estudo de sistemas quânticos, também podem ser exploradas diversas aplicações, tais como dispositivos eletrônicos e sensores.

Os efeitos de borda também são importantes para o estudo de anéis quânticos mesoscópicos, pois sua estrutura ocasiona a formação de estados eletrônicos confinados em suas bordas, ou seja, apresentam propriedade intrínseca de partículas quânticas, assim como a massa ou a carga, e interferência de ondas eletrônicas.    

Pequena solução para grandes problemas 

O futuro da nanotecnologia vislumbra um crescimento global impulsionado pelos avanços tecnológicos e, principalmente, pela crescente demanda de dispositivos menores. Segundo Edilberto Silva, a influência da rotação e dos efeitos de borda nos anéis quânticos mesoscópicos é uma área de pesquisa ainda em processo de desenvolvimento, mas que já apresenta grande potencial, em relação ao avanço de novas tecnologias e aplicações no campo da nanotecnologia, por meio da eletrônica quântica.

A física quântica, conforme explicou, é um ramo da física que estuda o comportamento de partículas ao nível atômico, inclusive, de interações entre elas. “Em nosso dia a dia, a física quântica faz-se presente em vários desenvolvimentos de tecnologias modernas, como, por exemplo, a computação quântica e medicina”, destacou.

O docente acredita que a computação quântica será a principal ferramenta a ser explorada na produção de pesquisas científicas futuramente. “Essa é uma área em rápido desenvolvimento, que explora, cada vez mais, os princípios do assunto em questão, a fim de realizar cálculos mais rápidos do que os próprios computadores clássicos. Mas, embora ainda esteja em seus estágios iniciais, tem o potencial de resolver problemas complexos em criptografia, simulação de sistemas quânticos e otimização”, exemplificou.

A tendência da mecânica quântica na medicina, como explicou, é crescer ainda nos próximos anos. “A física quântica desempenha um papel basilar em técnicas de imagens médicas da ressonância magnética nuclear e tomografia por emissão de pósitrons, por exemplo. Essas tecnologias também se baseiam nos princípios da física quântica para obter imagens detalhadas do corpo humano e, com isso, auxiliar no diagnóstico de doenças”, completou.

Impacto da tecnologia na ciência 

Há várias tecnologias e aplicações promissoras nos segmentos da nanotecnologia e eletrônica quântica que podem impactar, de forma positiva, na sociedade. “Os dispositivos com dimensões mesoscópicas estão presentes nessas tecnologias e é isso que buscamos estudar e contribuir para os avanços nessa área, isto é, o estudo que orientei consiste em investigar, teoricamente, sistemas físicos mesoscópicos já consolidados quando estes são submetidos a efeitos de rotação”, comentou Edilberto.

Na visão do orientador, há várias razões para destacar a relevância dessa área no campo científico. Entre elas, a compreensão de modelos físicos em matéria condensada e exploração de novos estados de matéria. Para ele, compreender essas propriedades é crucial para avançar no conhecimento da matéria condensada e desenvolver novos materiais com propriedades controladas. “O estudo desses sistemas nos permite investigar fenômenos emergentes, como, por exemplo, comportamento magnético e transições de fase influenciados pela rotação”, detalhou.

A exploração de novos estados de matéria, segundo Silva, são caracterizadas por fenômenos quânticos coletivos, em que um excesso de partículas se comporta como um único sistema quântico. Categórico ao esclarecer que esses estados permitem avançar no entendimento da matéria quântica, também ressaltou que esses fenômenos podem ter aplicações em áreas da computação quântica.

Por: Lucas Araújo

Produção: Bruna Castro

Revisão: Jáder Cavalcante