Imported Article – 2026-03-31 01:30:21
Mesmo os supercomputadores mais rápidos enfrentam dificuldades em algumas tarefas complexas, como descobrir novos medicamentos ou quebrar criptografia avançada. Os computadores quânticos podem um dia lidar com esses desafios, mas dependem de materiais raros conhecidos como supercondutores topológicos, que são extremamente difíceis de criar e controlar. Um Avanço na Pesquisa de Materiais Quânticos Pesquisadores da…
Mesmo os supercomputadores mais rápidos enfrentam dificuldades em algumas tarefas complexas, como descobrir novos medicamentos ou quebrar criptografia avançada. Os computadores quânticos podem um dia lidar com esses desafios, mas dependem de materiais raros conhecidos como supercondutores topológicos, que são extremamente difíceis de criar e controlar.
Um Avanço na Pesquisa de Materiais Quânticos
Pesquisadores da Escola de Engenharia Molecular Pritzker da Universidade de Chicago (UChicago PME) e da Universidade da Virgínia Ocidental agora demonstraram uma maneira prática de tornar esses materiais mais acessíveis. Ao ajustar ligeiramente uma fórmula química, conseguiram alterar a forma como grandes quantidades de elétrons interagem dentro do material, guiando-o para um estado supercondutor topológico.
A equipe se concentrou em filmes ultra-finos feitos de dois elementos, telureto e selenio. Ao alterar cuidadosamente a proporção desses elementos, descobriram que podiam mover o material de uma fase quântica para outra, incluindo a fase de supercondutor topológico tão desejada.
Os resultados, publicados na Nature Communications, mostram que modificar a proporção de telureto para selenio altera a intensidade da influência que os elétrons exercem uns sobre os outros. Essas correlações eletrônicas atuam como um mecanismo de ajuste fino, permitindo que os cientistas projetem deliberadamente estados quânticos incomuns.
“Podemos ajustar esse efeito de correlação como um botão,” disse Haoran Lin, um estudante de graduação da UChicago PME e primeiro autor do novo trabalho. “Se as correlações forem fortes demais, os elétrons ficam congelados no lugar. Se forem fracas demais, o material perde suas propriedades topológicas especiais. Mas no nível certo, você obtém um supercondutor topológico.”
“Isso abre uma nova direção para a pesquisa de materiais quânticos,” disse Shuolong Yang, professor assistente de Engenharia Molecular e autor sênior do novo trabalho. “Desenvolvemos uma ferramenta poderosa para projetar o tipo de material que os computadores quânticos de próxima geração precisarão.”
Telureto de Ferro Seleníde e Efeitos Quânticos Competitivos
O material no centro do estudo, telureto de ferro seleníde, foi descoberto relativamente recentemente e é conhecido por combinar supercondutividade com um comportamento topológico incomum.
“Este é um material único porque reúne todos os ingredientes essenciais que se esperaria em uma plataforma para supercondutividade topológica: supercondutividade, forte acoplamento spin-órbita e correlatos eletrônicos pronunciados,” disse Subhasish Mandal, professor assistente de física na Universidade da Virgínia Ocidental e autor do novo artigo. “Essa combinação torna-o um sistema ideal para explorar como diferentes efeitos quânticos interagem e competem.”
Anteriormente, os cientistas produziram esse material na forma de cristal em bloco e observaram estados quânticos intrigantes. No entanto, cristais em bloco são desafiadores de manipular, e sua composição química pode variar de uma região para outra, dificultando a obtenção de resultados consistentes.
Filmes Finos para Dispositivos Quânticos Estáveis
Supercondutores topológicos são especialmente atraentes para tecnologias quânticas porque seus estados topológicos são naturalmente estáveis e menos vulneráveis ao ruído que interrompe a maioria dos sistemas quânticos.
Os filmes ultra-finos desenvolvidos pelo grupo de Yang oferecem várias vantagens em relação a outros candidatos a supercondutores topológicos. Eles funcionam em temperaturas de até 13 Kelvin, em comparação com cerca de 1 Kelvin para plataformas à base de alumínio. Essa temperatura de operação mais alta torna mais fácil o resfriamento usando sistemas padrão de hélio líquido. Além disso, filmes finos oferecem maior uniformidade e são mais compatíveis com técnicas modernas de fabricação de dispositivos do que cristais em bloco.
“Se você está tentando usar esse material para uma aplicação real, precisa ser capaz de cultivá-lo em um filme fino em vez de tentar exfoliar camadas de uma rocha que pode não ter uma composição consistente ao longo do tempo,” explicou Lin.
Várias equipes de pesquisa já estão colaborando com o grupo de Yang para padronizar esses filmes e construir protótipos de dispositivos quânticos. Ao mesmo tempo, os pesquisadores continuam investigando outras características do telureto de ferro seleníde em filme fino para entender melhor seu potencial para a computação quântica da próxima geração.
