Colóquio do ICTP-SAIFR discute “líquidos de spin”

Na última quarta-feira, o tradicional colóquio realizado pelo ICTP-SAIFR abordou o tema de “líquidos de spin”. Rodrigo Pereira, da Universidade de São Paulo (USP-São Carlos), falou sobre esse estado da matéria que surge quando isolantes de Mott são submetidos a baixas temperaturas. Nessas condições, ao contrário de isolantes de banda, é possível modificar o estado do spin de seus elétrons, tornando suas propriedades magnéticas mais interessantes.

Entre as principais características do “líquido de spin” estão o fato de que não há ordem magnética de spins – assim como há uma certa desordem de partículas no estado líquido da matéria quando comparado com o sólido – e não há quebra de simetria rotacional de spins. Embora ainda não se tenha comprovado a existência de um material que entre no estado de “líquido de spin”, há candidatos possíveis. Caso venham a ser confirmados, seria possível obter um material supercondutor, alterando a densidade eletrônica e induzindo uma transição de fase do “líquido de spin” para o supercondutor.

“A área de ‘líquidos de spin’ é interessante por apresentar desafios teóricos, mas também ter motivações experimentais”, diz Pereira.

Proposto pela primeira vez em 1973 pelo físico norte-americano Philip Warren Anderson, o “líquido de spin” era, na época, um estado puramente teórico. Nas décadas seguintes, com a motivação de estudar novos estados da matéria e o crescente interesse por supercondutores, cientistas começaram a se perguntar se seria possível o estudo de “líquidos de spin” em mais dimensões, e se tal material poderia realmente existir.

“A principal motivação para se estudar ‘líquidos de spin’, do ponto de vista teórico, é que um material como esse apresentaria propriedades exóticas e não se encaixaria em classificações atuais sobre estados da matéria, o que abriria portas para novas teorias”, fala Pereira. “Líquidos de spin também podem fazer uma interessante ponte entre as áreas de Matéria Condensada e Física de Altas Energias”.

O mineral herbertsmithite

Um dos principais candidatos para comprovar a existência do estado “líquido de spin” é o herbertsmithite. Esse mineral foi descoberto em 1972, no Chile. Em 2012, uma forma sintetizada apresentou algumas características de “líquido de spin”, e estudos ainda estão em andamento para a comprovação do fenômeno.

Já as motivações experimentais para o estudo do “líquido de spin” estão relacionadas à possibilidade do material atuar como um supercondutor em temperatura ambiente. Como até hoje os materiais usados como supercondutores precisam de uma temperatura extremamente baixa para não apresentar resistência elétrica, um material supercondutor em temperatura ambiente poderia, entre outras aplicações, levar a grandes economias no transporte de energia.