Material do futuro é encontrado em mina de ouro desativada

O mineral kawazulita é um isolante topológico natural, um material com aplicações na spintrônica e na computação quântica.[Imagem: ACS]

Isolante topológico natural

Imagine um material plano que seja isolante em toda a sua área, mas eletricamente condutor nas suas bordas.

Esses são os isolantes topológicos, uma classe de materiais que fora prevista teoricamente em 2005, e sintetizada nos laboratórios pela primeira vez em 2008.

• Material bizarro abre fronteiras na spintrônica e na computação quântica

A grande vantagem de circunscrever a condução elétrica à borda do material é que isso possibilita manipular o spin dos elétrons com muita precisão, um fenômeno que está sendo explorado pelaspintrônica, além da criação de qubits para a computação quântica.

Com sua movimentação restrita, o elétron passa a ter o spin atrelado ao seu movimento, o que faz com que ele circule ao redor de um ponto, não entrando para dentro do material, que permanece isolante em todo o seu interior.

Isso permite criar correntes de spin, filtrando os elétrons segundo seu momento magnético - o grande objetivo é tirar proveito desse spin dos elétrons individuais, em vez da enxurrada de elétrons característica das cargas elétricas exploradas pelos transistores.

Devido às suas características inusitadas, até agora se acreditava que esses materiais só poderiam ser fabricados artificialmente.

Mineral extraterrestre

A grande surpresa veio quando Pascal Gehring e seus colegas do Instituto Max Planck, na Alemanha, examinavam amostras de minerais coletados em uma mina de ouro abandonada na República Tcheca.

Eles identificaram um mineral até agora desconhecido, batizado de kawazulita, que se desmancha em folhas muito finas, que são isolantes topológicos naturais.

Embora sejam mineralogicamente complexas, as folhas muito finas são muito mais puras do que os isolantes topológicos sintetizados até agora.

Além de facilitar - e baratear - as pesquisas com essa classe emergente de materiais spintrônicos, a descoberta levanta a possibilidade de que as mesmas propriedades sejam encontradas em outros minerais.

Algo semelhante ocorreu com os quasicristais, materiais que renderam o Prêmio Nobel de Química ao seu descobridor e que se acreditava serem uma curiosidade na qual o homem teria a primazia da invenção em relação à natureza.

A diferença é que todos os quasicristais descobertos na natureza até agora têm origem extraterrestre.

• Quasicristais que renderam Nobel podem ser extraterrestres

Bibliografia:

A Natural Topological Insulator
Pascal Gehring, H. M. Benia, Y. Weng, R. Dinnebier, C. R. Ast, M. Burghard, K. Kern
Nano Letters
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/nl304583m

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Telescópio ALMA é inaugurado com descobertas questionadoras

O ALMA é um telescópio redimensionável. Suas antenas são carregadas por um gigantesco caminhão, que as reposiciona em espaçamentos que variam entre 150 metros e 16 quilômetros. [Imagem: Clem/Adri Bacri-Normier/ESO]

Uma alma no deserto

O telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) foi inaugurado oficialmente ontem no deserto chileno, a mais de 5.000 metros de altitude.

O evento, que contou com a participação do presidente do Chile, Sebastián Piñera, marcou o final da construção da maior parte dos principais sistemas do telescópio gigante e a transição para a fase científica.

Como os cientistas já vinham trabalhando com as primeiras antenas instaladas, a inauguração foi regada a artigos científicos - pelos cinco estudos foram publicados no mesmo dia, nas revistas Nature e Astrophysical Journal.

O trabalho de montagem das antenas do ALMA terminou recentemente, com o último grupo de sete antenas, do total das 66, estando em fase de testes, antes de ficarem completamente operacionais.

As antenas parabólicas da rede ALMA - 54 de 12 metros de diâmetro e 12 de 7 metros - trabalham em conjunto como se fossem um único telescópio. Os sinais recolhidos pelas antenas são combinados e processados por um supercomputador especializado, chamado correlacionador ALMA.

As 66 antenas dessa "alma no deserto" podem ser dispostas em diferentes configurações, com a distância máxima entre antenas variando entre 150 metros e 16 quilômetros.

Capaz de observar o Universo detectando luz que é invisível ao olho humano, o ALMA mostrará pormenores nunca antes observados sobre a formação de estrelas e galáxias no Universo primordial e planetas em formação em torno de sóis distantes.

Também será possível detectar e medirá a distribuição de moléculas - muitas delas essenciais à vida - que se formam no espaço entre as estrelas.

Já nestes primeiros estudos, sem o telescópio estar totalmente pronto, os astrônomos detectaram a presença de moléculas de água, o que marca as observações de água mais distantes no cosmos publicadas até hoje.

Esta figura esquemática mostra como é que a luz emitida por uma galáxia longínqua é distorcida pelo efeito gravitacional de uma galáxia mais próxima, que atua como uma lente, fazendo com que a fonte distante apareça distorcida mas mais brilhante e formando característicos anéis de luz, os chamados anéis de Eisntein. Uma análise cuidadosa desta distorção revelou que algumas destas galáxias com formação estelar intensa apresentam um brilho equivalente a 40 trilhões de sóis, sendo que as lentes gravitacionais amplificaram até 22 vezes este valor. [Imagem: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ)/L. Calçada/Y. Hezaveh et al.]

Modelo cosmológico

Os artigos científicos divulgados pela equipe do ALMA mostram que a formação estelar mais intensa no cosmos ocorreu muito mais cedo do que o que se supunha anteriormente.

Acredita-se que os episódios de formação estelar mais intensos ocorreram no Universo primordial, em galáxias brilhantes de grande massa. Estas galáxias com formação estelar explosiva convertem enormes reservatórios de gás e poeira cósmica em novas estrelas a uma taxa impressionante - muitas centenas de vezes mais depressa do que a formação estelar que ocorre nas galáxias em espiral tranquilas, como a nossa Galáxia, a Via Láctea.

No modelo da cosmologia mais aceito atualmente, os cientistas acreditam que, quanto mais distantes da Terra estão as galáxias, mais antigas elas são.

"Quanto mais distante estiver uma galáxia, mais longe no tempo a estamos vendo, por isso ao medir distâncias podemos reconstruir a linha cronológica de quão vigorosa é a formação estelar no Universo nas diferentes épocas da sua história de 13,7 bilhões de anos," confirma Joaquin Vieira, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, e autor de um dos estudos publicados hoje.

Os cientistas ficaram surpresos ao descobrir que muitas destas galáxias longínquas e poeirentas que estavam formando estrelas se encontram ainda mais longe do que o esperado.

Isto significa que, em média, os episódios de formação estelar intensa ocorreram há 12 bilhões de anos atrás, quando o Universo tinha menos de 2 bilhões de anos - um bilhão de anos mais cedo do que o que se pensava anteriormente.

Duas das galáxias observadas são as mais distantes deste tipo já observadas - elas estão tão distantes que, se o modelo cosmológico estiver correto, sua luz começou a sua viagem quando o Universo tinha apenas um bilhão de anos.

Juntamente com observações anteriores, esses dados reforçam questionamentos sobre os cálculos atuais da idade do Universo - já se conhece pelo menos uma estrela (HD 140283) cuja idade aparente é maior do que a idade calculada do Universo.

Partícula descoberta no LHC é "um" bóson de Higgs

 

A definição sobre o bóson de Higgs terá que esperar até que o LHC volte a funcionar, em 2015 - mas há a possibilidade de que o LHC não consiga responder definitivamente a questão. [Imagem: Fermilab]

Cientistas responsáveis pelos detectores ATLAS e CMS do LHCapresentaram uma nova rodada de resultados para tentar elucidar exatamente do que se trata apartícula descoberta no ano passado, então apresentada como um "bóson do tipo Higgs".

Tendo agora analisado duas vezes e meia mais dados do que estava disponível no ano passado, eles acreditam que a nova partícula está se parecendo cada vez mais como "um" bóson de Higgs - mas não necessariamente com "o" bóson de Higgs.

Por isso, eles decidiram tirar a especificação "tipo" - até agora era um "bóson tipo Higgs", passando a ser "um bóson de Higgs".

Contudo, continua aberta a questão se é ou não o bóson de Higgs do Modelo Padrão da física de partículas, responsável por dar massa a todas as demais partículas.

A partícula possivelmente seria o mais leve de vários bósons previstos por algumas teorias que vão além do Modelo Padrão.

Chegar a uma resposta definitiva para essa questão vai levar tempo.

Ser ou não um bóson de Higgs é demonstrado pela forma como a partícula interage com outras partículas, e pelas suas propriedades quânticas.

Por exemplo, postula-se que um bóson Higgs não tem spin e, no Modelo Padrão, sua paridade - uma medida de como a sua imagem-espelho se comporta - deve ser positiva.

Os grupos do CMS e do ATLAS compararam várias opções de spin/paridade para a nova partícula observada, e todas "preferem" a situação sem spin e paridade positiva.

Isso, juntamente com as interações da nova partícula com outras partículas, indica fortemente tratar-se de um bóson de Higgs.

"Os resultados preliminares com o conjunto completo de dados de 2012 são magníficos e, para mim, está claro que estamos lidando com um bóson de Higgs, embora ainda haja um longo caminho a percorrer antes de sabermos que tipo de bóson de Higgs ela é," disse Joe Incandela, porta-voz da colaboração CMS.