Pesquisadores da Universidade de Yonsei, Universidade Rutgers, KAIST e outros institutos na Coreia do Sul descobriram portadores de carga não convencionais em um isolante Mott a temperatura ambiente. Isolantes Mott são materiais que deveriam conduzir eletricidade, mas, em vez disso, se comportam como isolantes devido à presença de elétrons fortemente correlacionados.

Os pesquisadores focaram no óxido de térbio e índio (TbInO3), um isolante Mott com uma estrutura de rede triangular. Eles cultivaram cristais únicos de alta qualidade de TbInO3 usando a técnica de crescimento de zona flutuante com laser. Estudos anteriores haviam indicado que o TbInO3 exibia um comportamento líquido quântico de spin.

Em seguida, utilizaram a espectroscopia no domínio de tempo de terahertz para analisar as amostras de TbInO3. Os pesquisadores observaram que a condutividade de terahertz em corrente alternada no material era proporcional ao quadrado da frequência da luz, mesmo a temperatura ambiente. Essa observação desafia a crença de que as excitações não convencionais existem apenas em isolantes Mott em baixas temperaturas.

A descoberta mais significativa do estudo foi a identificação de portadores de carga não convencionais compostos por um número macroscópico de spins quânticos. Contrariando a crença comum de que portadores de carga não existem em baixa energia em um isolante, os pesquisadores mediram uma condutividade óptica proporcional ao quadrado da frequência da luz, o que demonstra a existência de portadores de carga. Surpreendentemente, esses portadores de carga permaneceram coerentes até a temperatura ambiente.

A descoberta de portadores de carga não convencionais em isolantes Mott a temperatura ambiente abre novas possibilidades para experimentos adicionais e estudos de física teórica. Os pesquisadores planejam estender suas investigações para outros compostos de óxido de índio a fim de explorar efeitos similares.

Os achados deste estudo têm implicações na compreensão da física dos isolantes Mott e podem contribuir para o desenvolvimento de computadores quânticos tolerantes a falhas que operem a temperatura ambiente.

Fonte: Taek Sun Jung et al. “Portadores não convencionais a temperatura ambiente no isolante Mott de rede triangular TbInO3.” Nature Physics (2023).

Definições:
– Isolantes Mott: Materiais com estruturas que deveriam conduzir eletricidade, mas se comportam como isolantes devido à presença de elétrons fortemente correlacionados.
– Líquido quântico de spin: Uma fase única da matéria que descreve um isolante Mott sem ordenamento magnético.
– Espectroscopia no domínio do tempo de terahertz: Técnica utilizada para medir as propriedades dos materiais em relação à radiação eletromagnética de frequência terahertz.