Físicos desenvolvem método eficiente para criar “tornados quânticos”

Nova abordagem permite criar vórtices com mais facilidade. O método poderá ser aplicado em criptografia quântica.

taniager

17 Setembro 2010 | 13h26

Uma onda plana (à esquerda) bate na máscara especialmente construída em forma de grade. O feixe de elétrons é convertido em vórtices que giram em sentido anti-horário (superior e inferior) e um feixe no meio que não gira. Semelhante a um tornado, a rotação da corrente elétrica é baixa no interior do vórtice. Crédito: cortesia da Universidade de Viena.

Uma onda plana (à esquerda) bate na máscara especialmente construída em forma de grade. O feixe de elétrons é convertido em vórtices que giram em sentido anti-horário (superior e inferior) e um feixe no meio que não gira. Semelhante a um tornado, a rotação da corrente elétrica é baixa no interior do vórtice. Crédito: cortesia da Universidade de Viena.

Uma equipe de cientistas da Universidade Tecnológica de Viena, Áustria, e da Universidade da Antuérpia, Bélgica, conseguiu desenvolver um método eficiente para criar vórtices – rotação de feixes de elétrons – que permitirá explorar as propriedades magnéticas da matéria. O artigo sobre a nova tecnologia foi publicado recentemente na revista Nature.  Nele, os pesquisadores relatam a descoberta e como ela poderá ser aplicada, futuramente, para manipular minúsculas partículas e colocá-las em rotação.  

O tornado quântico 

Feixes de elétrons são utilizados para analisar materiais há muito tempo. Nestas considerações a rotação tem tido um papel irrelevante. Na física clássica, uma corrente elétrica no vácuo não tem nenhum momento angular. Mas na mecânica quântica, os elétrons devem ser encarados como uma corrente de ondas – que pode rodar como um todo sobre sua direção de propagação, parecido com o fluxo de ar em um tornado. 

Os vórtices já são usados em fibra óptica, como em pinças ópticas para manipular pequenas partículas.  Com eles, os cientistas podem controlar nano partículas ou medi-las em escala nanométrica. Mas, os métodos atuais para produzir vórtices são pouco eficientes.    

Criando tornados quânticos  

A equipe deste estudo adotou uma abordagem diferente para criar vórtices. Ela construiu uma máscara de treliça com uma folha de platina, apenas alguns milésimos de nanômetros de espessura. Assim, a máscara apresenta regiões onde os elétrons podem, ou não, atravessar.  

Quando um feixe de elétrons é dirigido para a máscara, ele é difratado da mesma maneira que um feixe de luz quando passa por uma grade fina. A forma da grade é cuidadosamente projetada para transformar feixes de elétrons comuns em feixes de vórtice. Feixes de vórtices rotativos girando no sentido anti-horário são formados por trás da grade e no meio há um feixe de elétrons que não gira. 

Se os elétrons são usados para irradiar um material que, por um lado, influencia o momento angular dos elétrons, e se os elétrons são direcionados posteriormente para atravessar a tela de platina, então, após isto acontecer, qualquer rotação para a direita ou a esquerda do feixe de vórtice será mais intensa. “Isto permite que investiguemos processos afetados pelo momento angular em nano materiais muito mais precisamente do que aquilo que era possível anteriormente”, explica Peter Schattschneider professor do Instituto de Física da Universidade Tecnológica de Viena e membro da equipe. 

O processo é fácil de fazer, porque as dimensões da grade são em microescala, em vez da escala nanométrica.  

Segundo Schattschneider, “esses feixes de elétrons poderiam ser usados de forma orientada para definir minúsculas rodas em movimento em um motor microscópico”. “Também, o campo magnético dos elétrons girando poderia ser usado nas escalas de comprimento mais ínfimas”. Em última análise, é possível aplicar essa tecnologia para transferência de dados (criptografia quântica) e em computadores quânticos. 

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