Uma equipe internacional de físicos observou, pela primeira vez, como o momento angular se transfere entre vibrações atômicas no interior de um cristal — e descobriu que a direção da rotação se inverte durante o processo. O feito, detalhado em estudo publicado na revista Nature Physics e repercutido pelo TechTimes, oferece uma nova ferramenta experimental para controlar estados magnéticos em materiais quânticos e, por extensão, os qubits que formam o coração dos computadores quânticos.
O experimento de Einstein e de Haas, conduzido em 1915, demonstrou que a alteração da magnetização de um material faz com que ele gire fisicamente, estabelecendo uma ligação entre o momento angular magnético e o mecânico. Desde então, físicos tentam rastrear como essa grandeza se propaga pela arquitetura interna dos sólidos, até o nível das vibrações atômicas individuais, mas ninguém havia conseguido testemunhar o processo diretamente — até agora.
O time do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), na Alemanha, empregou pulsos intensos de laser na faixa dos terahertz para impulsionar um conjunto de vibrações atômicas — os chamados modos de rede — em movimento circular dentro de um cristal de seleneto de bismuto (Bi₂Se₃), um isolante topológico com propriedades quânticas de superfície incomuns. Um segundo pulso de laser ultrarrápido registrou o resultado estroboscopicamente, quadro a quadro, enquanto o momento angular passava para uma vibração vizinha acoplada.
O que os pesquisadores observaram contrariou a intuição: a rotação reverteu de direção, com dois momentos angulares se combinando para produzir um giro em sentido oposto e com o dobro da frequência original. ‘Descobrimos algo fundamentalmente novo que, espero, fará seu caminho até os livros-texto’, declarou Sebastian Maehrlein, chefe de departamento no Instituto de Física de Radiação do HZDR e professor na TU Dresden.
A inversão não viola a conservação do momento angular — ela é uma consequência da simetria rotacional tripla do seleneto de bismuto, que torna estados com giro horário e anti-horário fisicamente equivalentes, forçando a mudança de direção sob as regras do cristal. O fenômeno equivale, no domínio do momento angular de rede, ao chamado espalhamento Umklapp, em que a periodicidade do material redireciona o momento sem absorvê-lo, agora confirmado experimentalmente pela primeira vez em transferências fônon-fônon.
Olga Minakova, pesquisadora doutoral do Instituto Fritz Haber e principal experimentalista do estudo, celebrou a elegância com que as simetrias da natureza ditam as leis observáveis. Dominik Juraschek, coautor e professor assistente na Universidade de Tecnologia de Eindhoven e na Universidade de Tel Aviv, viu confirmada sua teoria anterior sobre fônons quirais no nível de transferência entre modos vibracionais.
Computadores quânticos dependem de qubits que existem em superposições de 0 e 1, e a maioria das arquiteturas líderes exige controle preciso sobre estados magnéticos na escala atômica. Como o momento angular na rede cristalina está profundamente entrelaçado com esses estados, a capacidade de observar e acionar sua transferência — e de prever a inversão segundo regras de simetria — oferece aos engenheiros uma ferramenta inédita para projetar qubits mais confiáveis, memória quântica ultrarrápida e armazenamento de informação que, no futuro, possa operar a temperaturas menos extremas do que os atuais sistemas criogênicos.
O seleneto de bismuto, material central do experimento, é um isolante topológico cujo interior se comporta como isolante comum enquanto a superfície abriga estados condutores altamente móveis — e sua simetria rotacional tripla torna a inversão do momento angular não apenas possível, mas inevitável sob as condições corretas de excitação. Uma revisão de 2026 na revista Materials Advances já aponta o Bi₂Se₃ como candidato de destaque para dispositivos spintrônicos e de computação quântica, graças às suas propriedades de superfície singulares.
A técnica em si — impulsionar vibrações atômicas com pulsos de terahertz e registrar o resultado estroboscopicamente — representa um método repetível e sintonizável para sondar o panorama do momento angular em materiais quânticos. Os pesquisadores afirmam que a abordagem abre novos caminhos para estudar e guiar processos ultrarrápidos, com aplicações potenciais em dispositivos de memória de próxima geração e processamento de informação quântica.
O trabalho envolveu seis instituições: o Instituto Fritz Haber da Sociedade Max Planck, o HZDR, a TU Dresden, o Forschungszentrum Jülich, a Universidade de Tel Aviv e a Universidade de Tecnologia de Eindhoven. A colaboração internacional sublinha a importância da pesquisa fundamental para os saltos tecnológicos que moldarão a computação do futuro.
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