{"id":9906,"date":"2018-03-24T19:00:14","date_gmt":"2018-03-24T22:00:14","guid":{"rendered":"http:\/\/scienceblogs.com.br\/hypercubic\/?p=9906"},"modified":"2018-03-24T19:00:14","modified_gmt":"2018-03-24T22:00:14","slug":"artesanato-atmico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/hypercubic\/2018\/03\/artesanato-atmico\/","title":{"rendered":"Artesanato at\u00f4mico"},"content":{"rendered":"

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Aplicado a \u00e1tomos de ferro e estanho, um padr\u00e3o tradicional de artesanato japon\u00eas pode nos levar \u00e0 supercondutividade e \u00e0 computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica<\/h4>\n

No Jap\u00e3o antigo, a palha \u2014 de arroz ou de bambu \u2014 era mat\u00e9ria-prima onipresente na fabrica\u00e7\u00e3o dos mais diversos objetos: chap\u00e9us, cestos, cordas, biombos. Ao longo dos s\u00e9culos, os artes\u00e3os nip\u00f4nicos desenvolveram diferentes t\u00e9cnicas de entrela\u00e7amento para cada uma das m\u00faltiplas aplica\u00e7\u00f5es da palha. Uma dessas t\u00e9cnicas, usada na montagem de cestos de bambu, consistia no entrela\u00e7amento das tiras em um padr\u00e3o que misturava tri\u00e2ngulos e hex\u00e1gonos. Not\u00e1vel pelo alto grau de simetria, esse \u00e9 o chamado padr\u00e3o kagome<\/em> [do japon\u00eas kago<\/em> = cesto + me<\/em> = olho].<\/p>\n

<\/a>
Uma vers\u00e3o<\/strong> menos regular do kagome<\/em> pode ser encontrada na decora\u00e7\u00e3o isl\u00e2mica.<\/figcaption><\/figure>\n

Esse olho-de-cesto, por assim dizer, n\u00e3o \u00e9 exclusividade dos japoneses. O mesmo padr\u00e3o foi redescoberto v\u00e1rias vezes em diferentes culturas. Na arte isl\u00e2mica, uma variante do padr\u00e3o foi usada como decora\u00e7\u00e3o. No s\u00e9culo XVII, Kepler descreveu suas propriedades matem\u00e1ticas em sua Harmonia dos Mundos<\/em>. \u00c9 poss\u00edvel at\u00e9 que voc\u00ea j\u00e1 tenha visto o kagome<\/em> em algum m\u00f3vel de vime na casa da vov\u00f3. Diferentes nomes foram usados para descrever essa estrutura \u2014 os matem\u00e1ticos a conhecem como padr\u00e3o tri-hexagonal<\/em> ou hexadeltilho<\/em> \u2014 mas o nome que pegou foi kagome<\/em> mesmo, proposto pelo f\u00edsico japon\u00eas Kodi Husimi (1909-2008)<\/a> no come\u00e7o dos anos 1950.<\/p>\n

\"Kagome-Basket\"<\/a>
Tiras de bambu<\/strong> em kagome<\/em> formam um cesto tradicional do Jap\u00e3o. O mesmo padr\u00e3o tem inspirado f\u00edsicos e matem\u00e1ticos.<\/figcaption><\/figure>\n

Como outros f\u00edsicos, Husimi notou que o kagome<\/em> ocorria naturalmente em alguns minerais e cristais, como as jarositas<\/a>. Em baixas temperaturas, esses cristais apresentam propriedades magn\u00e9ticas t\u00e3o incomuns quanto fascinantes. Desde ent\u00e3o, os cientistas v\u00eam tentando compreender e reproduzir artificialmente os efeitos gerados pelos cristais “kag\u00f4micos”.<\/p>\n

Teoricamente, um kagome<\/em> formado por \u00e1tomos met\u00e1licos teria propriedades eletr\u00f4nicas igualmente ex\u00f3ticas, como o efeito Hall qu\u00e2ntico (EHQ). O EHQ acontece quando os el\u00e9trons que se movem num material bidimensional s\u00e3o quantizados e passam a apresentar propriedades topol\u00f3gicas. Nesse caso, formam-se trajet\u00f3rias circulares (ou v\u00f3rtices) ao redor das quais o fluxo eletr\u00f4nico passa sem dissipa\u00e7\u00e3o de energia. Seria, portanto, um meio de alcan\u00e7ar o santo graal da ci\u00eancia dos materiais \u2014 a supercondutividade. Ao mesmo tempo, esses v\u00f3rtices poderiam servir como qubits<\/em>, os bits das computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica. Uma explica\u00e7\u00e3o mais detalhada (e um tanto mon\u00f3tona) do EHQ pode ser vista neste v\u00eddeo (em ingl\u00eas).<\/a><\/p>\n

Nos \u00faltimos anos, os cientistas v\u00eam procurando algum material que apresente o EHQ. Estruturas cristalinas com padr\u00f5es regulares v\u00eam se mostrando promissoras mas a maioria depende da aplica\u00e7\u00e3o de intensos campos magn\u00e9ticos produzidos em laborat\u00f3rio \u2014 geralmente 1 milh\u00e3o de vezes mais intensos que o campo magn\u00e9tico terrestre \u2014 ou de resfriamento a temperaturas pr\u00f3ximas ao zero absoluto para alcan\u00e7ar o EHQ. “A comunidade cient\u00edfica percebeu que seria mais simples criar o sistema a partir de algo magn\u00e9tico”, explica ao Phys.org<\/a> Joseph Checkelsky, professor-assistente de f\u00edsica do MIT. “A partir disso, o magnetismo inerente do sistema poderia sustentar esse comportamento.”<\/p>\n

\"kagome-team\"<\/a>
Artes\u00e3os de \u00e1tomos:<\/strong> O prof. Checkelsky, Linda Ye, Min Gu Kang e o prof. Riccardo Comin. Ao fundo, uma representa\u00e7\u00e3o do padr\u00e3o kagome<\/em>. [Imagem: Takehito Suziki\/divulga\u00e7\u00e3o]<\/figcaption><\/figure>\n

Depois de voltar de uma temporada como professor-visitante na Universidade de T\u00f3quio, Checkelsky come\u00e7ou a procurar alguma forma de aplicar esse magnetismo intr\u00ednseco. Para isso, ele recorreu a pesquisadores do MIT, da Universidade Harvard e do Laborat\u00f3rio Nacional Lawrence Berkeley (todos nos EUA). Uma sugest\u00e3o de Linda Ye, uma orientanda de Checkelsky, foi fundamental.<\/p>\n

Trabalhos anteriores indicavam a necessidade de explorar as propriedades de estruturas kagome<\/em>. Sabendo que o ferro tem propriedades magn\u00e9ticas, Ye prop\u00f4s uma mistura de ferro e estanho para fabricar cristais. Depois de pulverizar os dois elementos, ela aqueceu a mistura num forno a 750\u00ba. C. \u2014 Ye tamb\u00e9m sabia que essa \u00e9 a temperatura em que os \u00e1tomos de ferro e estanho formam um padr\u00e3o kagome<\/em>. Rec\u00e9m-tirados do forno, os cristais foram mergulhados num balde de gelo, o que permitiu que o padr\u00e3o kagome<\/em> se solidificasse, mantendo-se est\u00e1vel em temperatura ambiente.<\/p>\n

Mas ser\u00e1 que os pequenos cristais \u2014 de escala milim\u00e9trica \u2014 formados assim tinham mesmo uma estrutura kagome<\/em>? Para confirmar isso, amostras foram enviadas aos laborat\u00f3rios de Harvard, onde observa\u00e7\u00f5es de microscopia eletr\u00f4nica confirmaram que os \u00e1tomos de ferro e estanho estavam organizados em camadas semelhantes ao kagome<\/em>. Nesse artesanato at\u00f4mico, os \u00e1tomos de ferro (Fe) ficam nas pontas dos tri\u00e2ngulos enquanto o \u00e1tomo de estanho (Sn) ocupa o centro do vazio criado pelo hex\u00e1gono.<\/p>\n

\"kagome-teoria-pr\u00e1tica\"<\/a>
Kagome<\/em> at\u00f4mico:<\/strong> estrutura te\u00f3rica da rede de Ferro-Estanho (esq.) foi confirmada por microscopia eletr\u00f4nica (dir.)<\/figcaption><\/figure>\n

Para explorar as propriedades eletr\u00f4nicas desse kagome<\/em> de Fe-Sn, Checkelsky e seus colaboradores recorreram a um outro efeito qu\u00e2ntico, o fotoel\u00e9trico. Presente em aplica\u00e7\u00f5es corriqueiras como um controle-remoto que muda o canal de uma TV, o efeito fotoel\u00e9trico acontece quando um intenso feixe de luz atinge um cristal met\u00e1lico e desloca seus el\u00e9trons. Uma vez deslocados, esses el\u00e9trons ou fotoel\u00e9trons podem ser detectados de outras formas e usados para criar um mapa do fluxo eletr\u00f4nico perturbado.<\/p>\n

Quem conduziu os experimentos fotoel\u00e9tricos foi outro orientando do prof. Checkelsky, Min-Gu Kang. No Laborat\u00f3rio Nacional Lawrence Berkeley, Kang p\u00f4de confirmar que, apesar da estrutura tridimensional dos cristais feitos por Ye, seus el\u00e9trons se comportavam de modo bidimensional. Assim, o EHQ pode se formar nesse cristal rec\u00e9m-criado. “Os el\u00e9trons nesse material magn\u00e9tico comportavam-se como part\u00edculas de Dirac massivas”, explica Kang ao Phys.org<\/em>. Esse comportamento “havia sido previsto h\u00e1 muito tempo, mas nunca havia sido observado em sistemas assim.”<\/p>\n

Essa caracteriza\u00e7\u00e3o do kagome<\/em> met\u00e1lico e suas propriedades foi feita por Checkelsky, Ye, Kang e seus colegas em artigo rec\u00e9m-publicado na revista Nature<\/em>. A equipe busca, agora, meios de sintetizar e estabilizar outras estruturas kagome<\/em>-met\u00e1licas e explorar poss\u00edveis aplica\u00e7\u00f5es, como a transmiss\u00e3o de eletricidade sem perda de energia e o uso dos cristais como base para a fabrica\u00e7\u00e3o de chips qu\u00e2nticos. Se tudo der certo, \u00e9 poss\u00edvel que um dia o kagome<\/em> volte a ser t\u00e3o onipresente quanto j\u00e1 foi no Jap\u00e3o \u2014 mas dessa vez em arranjos at\u00f4micos.<\/p>\n

Refer\u00eancia<\/h4>\n

\"rb2_large_gray25\"<\/a>YE, Linda et. al. Massive Dirac fermions in a ferromagnetic kagome metal<\/strong> [F\u00e9rmions de Dirac massivos em um metal kagome ferromagn\u00e9tico<\/strong><\/em>]. Nature<\/em> (2018). nature.com\/articles\/doi:10.1038\/nature25987<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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