{"id":31119,"date":"2026-04-09T14:09:58","date_gmt":"2026-04-09T17:09:58","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/?p=31119"},"modified":"2026-04-09T14:18:42","modified_gmt":"2026-04-09T17:18:42","slug":"transbordamento-quantico-abre-caminho-para-novas-sondas-de-spin","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/transbordamento-quantico-abre-caminho-para-novas-sondas-de-spin\/","title":{"rendered":"Transbordamento qu\u00e2ntico abre caminho para novas sondas de spin"},"content":{"rendered":"\n

Sensores qu\u00e2nticos capazes de distinguir as propriedades intr\u00ednsecas das part\u00edculas. Dispositivos est\u00e1veis mesmo em ambientes imperfeitos. Novas estrat\u00e9gias para explorar sistemas reais, longe das idealiza\u00e7\u00f5es te\u00f3ricas. Essas s\u00e3o algumas das aplica\u00e7\u00f5es potenciais de um tipo peculiar de excita\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica sugerida no estudo Revisitando os Majoranas dos Pobres: o efeito de transbordamento induzido por troca de spin<\/em><\/a>, <\/em>que foi recentemente publicado no Journal of Physics: Condensed Matter<\/em>. Nele, a equipe do f\u00edsico Antonio Carlos Ferreira Seridonio, professor da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus Ilha Solteira, prop\u00f5e uma mudan\u00e7a de perspectiva: em vez de buscar sistemas ideais e altamente protegidos, por que n\u00e3o investigar, justamente, vers\u00f5es m\u00ednimas e imperfeitas? E encontrar nelas novas funcionalidades?<\/p>\n\n\n\n

\u201cEm geral, a \u00e1rea tem focado no crescimento dessas cadeias para gerar um sistema mais ideal, com prote\u00e7\u00e3o topol\u00f3gica\u201d, explica o pesquisador. \u201cS\u00f3 que, nesse trabalho, a gente deu um enfoque justamente oposto. A gente trabalhou apenas com dois s\u00edtios para ter a cadeia m\u00ednima.\u201d Essa escolha, aparentemente simples, levou a resultados surpreendentes.<\/p>\n\n\n\n

Mas antes de avan\u00e7ar, vale uma breve digress\u00e3o. Em mec\u00e2nica qu\u00e2ntica, o spin \u00e9 uma propriedade das part\u00edculas an\u00e1loga a um pequeno \u201cmomento magn\u00e9tico\u201d. N\u00e3o se trata de uma rota\u00e7\u00e3o literal, mas sim de uma caracter\u00edstica fundamental que determina como a part\u00edcula interage com campos magn\u00e9ticos e com outras part\u00edculas. J\u00e1 os f\u00e9rmions s\u00e3o part\u00edculas que n\u00e3o podem ocupar o mesmo estado qu\u00e2ntico simultaneamente. Por outro lado, os b\u00f3sons podem compartilhar o mesmo estado, o que \u00e9 a base de fen\u00f4menos como a supercondutividade. Distinguir esses comportamentos \u00e9 essencial para entender e manipular sistemas qu\u00e2nticos.<\/p>\n\n\n

\n
\"\"
(a) Dispositivo explorado: Cadeia m\u00ednima de Kitaev formada por dois quantum dots (QDs). No ajuste fino t =\u0394 (energia eletr\u00f4nica de salto = emparelhamento supercondutor), potenciais eletrost\u00e1ticos \u03bcL = \u03bcR = 0 e o potencial magn\u00e9tico (de um spin S) dado por J = 0, os \u201cMajoranas dos Pobres\u201d (PMMs) \u03b3L e \u03b3R emergem isolados nos QDs da esquerda e direita, respectivamente. O QD da esquerda est\u00e1 mais fortemente ligado ao seu terminal met\u00e1lico (intensidade \u0413=1) do que o da direita (\u0413\/100), gerando a estabilidade dissipativa observada nos pain\u00e9is (b)-(c) e detec\u00e7\u00e3o da estat\u00edstica qu\u00e2ntica de S por meio da condut\u00e2ncia diferencial GLL = (varia\u00e7\u00e3o da corrente IL \/ varia\u00e7\u00e3o de potencial VL ). GLL em VL = 0 e para -1\u2264 J \u2264+1 (regi\u00e3o entre as linhas tracejadas em vermelho) corresponde ao n\u00e3o transbordamento da fun\u00e7\u00e3o de onda do PMM \u03b3L para o QD da direita. (b) Condut\u00e2ncia GLL com 2S+1 estados de gap, excetuando o modo zero do PMM, para um S fermi\u00f4nico (valor semi- inteiro). (c) O correspondente de (b) para um S bos\u00f4nico (valor inteiro), mas com 2S+2 estados de gap no lugar. O caso bos\u00f4nico \u00e9 caracterizado por estados de baixa energia que n\u00e3o dispersam com J (linhas tracejadas em verde nos pontos VL = \u00b12\u0394). <\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Por sua vez, os chamados modos zero de Majorana s\u00e3o excita\u00e7\u00f5es qu\u00e2nticas ex\u00f3ticas previstas em sistemas supercondutores e frequentemente associadas \u00e0 promessa de computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica mais robusta. Em condi\u00e7\u00f5es ideais, esses estados apresentam prote\u00e7\u00e3o topol\u00f3gica, isto \u00e9, s\u00e3o naturalmente resistentes a perturba\u00e7\u00f5es externas.<\/p>\n\n\n\n

Mas h\u00e1 uma vers\u00e3o menos \u201cperfeita\u201d dessas excita\u00e7\u00f5es. Apelidadas de Majoranas dos Pobres<\/em>, elas surgem em sistemas m\u00ednimos, como cadeias com apenas dois pontos qu\u00e2nticos. Nesses casos, a prote\u00e7\u00e3o topol\u00f3gica n\u00e3o est\u00e1 presente. Em vez de tratar isso como um problema, o grupo de Seridonio decidiu explorar essa fragilidade.<\/p>\n\n\n\n

\u201cEsses Majoranas, que n\u00e3o s\u00e3o topologicamente protegidos, ao serem perturbados, acabam se sobrepondo\u201d, afirma. \u201cIsso gera um transbordamento da fun\u00e7\u00e3o de onda e esse transbordamento destr\u00f3i a prote\u00e7\u00e3o topol\u00f3gica.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Esse fen\u00f4meno, conhecido como spillover<\/em> (ou transbordamento), j\u00e1 era conhecido na literatura. Mas o estudo mostrou uma forma in\u00e9dita de induzi-lo. E, mais importante, de utiliz\u00e1-lo.<\/p>\n\n\n\n

<\/a>Um novo tipo de transbordamento<\/h2>\n\n\n\n

Tradicionalmente, o transbordamento da fun\u00e7\u00e3o de onda \u00e9 provocado por mudan\u00e7as no potencial qu\u00edmico do sistema. Seridonio e equipe demonstraram que o mesmo efeito pode ser induzido por um mecanismo diferente: o acoplamento magn\u00e9tico com um spin externo.<\/p>\n\n\n\n

\u201cN\u00f3s mostramos que, se no lugar da mudan\u00e7a do potencial qu\u00edmico se faz um acoplamento de exchange com um spin, tamb\u00e9m acontece o mesmo efeito\u201d, explica o professor. \u201cS\u00f3 que a diferen\u00e7a \u00e9 que depende de quem est\u00e1 perturbando: se \u00e9 um spin de f\u00e9rmion ou de b\u00f3son.\u201d Essa depend\u00eancia abre uma possibilidade in\u00e9dita. \u201cDigamos que descobrimos um tipo de sensor de estat\u00edstica de spin.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Na pr\u00e1tica, o sistema passa a funcionar como uma sonda qu\u00e2ntica, capaz de identificar propriedades fundamentais de part\u00edculas ou de excita\u00e7\u00f5es acopladas a ele. Para entender o fen\u00f4meno, \u00e9 preciso considerar o comportamento da fun\u00e7\u00e3o de onda nos pontos qu\u00e2nticos que comp\u00f5em o sistema.<\/p>\n\n\n\n

\u201cQuando voc\u00ea est\u00e1 na condi\u00e7\u00e3o ideal, a fun\u00e7\u00e3o de onda de cada Majorana est\u00e1 confinada no seu ponto qu\u00e2ntico\u201d, explica o f\u00edsico. \u201cAgora, quando voc\u00ea perturba esse ponto, ela acaba transbordando e entra no outro ponto qu\u00e2ntico.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Esse transbordamento pode ocorrer de duas formas: pela altera\u00e7\u00e3o do potencial qu\u00edmico ou, como demonstrado no estudo, pelo acoplamento magn\u00e9tico. A diferen\u00e7a crucial est\u00e1 no padr\u00e3o desse transbordamento, que depende da natureza do spin acoplado.<\/p>\n\n\n\n

Um dos resultados mais relevantes do trabalho \u00e9 mostrar que a estrutura dos n\u00edveis de energia dentro do gap supercondutor (os chamados n\u00edveis subgap<\/em>) carrega a assinatura da estat\u00edstica do spin. \u201cA gente consegue oferecer um m\u00e9todo alternativo para identificar a natureza qu\u00e2ntica de um spin\u201d, afirma Seridonio. \u201cE essa maneira pode ser feita por uma medi\u00e7\u00e3o de condut\u00e2ncia.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Segundo ele, o n\u00famero de n\u00edveis observados revela diretamente se um spin S \u00e9 fermi\u00f4nico (S semi-inteiro) ou bos\u00f4nico (S inteiro). \u201cNo caso de um spin fermi\u00f4nico, aparecem 2S mais 1 n\u00edveis laterais. Se for bos\u00f4nico, 2S mais 2.\u201d Al\u00e9m disso, h\u00e1 uma diferen\u00e7a qualitativa importante. \u201cNo sistema bos\u00f4nico, os n\u00edveis mais internos n\u00e3o dispersam com o acoplamento de exchange. Eles s\u00e3o n\u00edveis \u2018chatos\u2019. Isso n\u00e3o acontece no caso fermi\u00f4nico.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Combinando essas observa\u00e7\u00f5es, \u00e9 poss\u00edvel n\u00e3o apenas distinguir a natureza do spin, mas tamb\u00e9m inferir seu valor a partir de medidas de transporte eletr\u00f4nico. Outro resultado importante do estudo diz respeito \u00e0 intera\u00e7\u00e3o do sistema com o ambiente, em particular, com reservat\u00f3rios de el\u00e9trons.<\/p>\n\n\n\n

Tradicionalmente vistos como fontes de ru\u00eddo e decoer\u00eancia, esses reservat\u00f3rios podem, em certas condi\u00e7\u00f5es, desempenhar um papel estabilizador. \u201cO reservat\u00f3rio era visto como algo nocivo\u201d, diz o pesquisador. \u201cMas a gente mostrou que ele pode ser utilizado a favor de estabilizar o estado.\u201d O mecanismo \u00e9 descrito como uma esp\u00e9cie de \u201ccabo de guerra\u201d:<\/p>\n\n\n\n

\u201cVoc\u00ea tem o reservat\u00f3rio puxando a fun\u00e7\u00e3o de onda para um ponto qu\u00e2ntico, e o exchange empurrando para o outro.\u201d Quando o acoplamento com o reservat\u00f3rio \u00e9 suficientemente forte e ajustado dentro de uma faixa espec\u00edfica, o transbordamento pode ser suprimido. \u201cVoc\u00ea consegue estabilizar esse Majorana pobre e o transbordamento n\u00e3o ocorre.\u201d Esse efeito, chamado de prote\u00e7\u00e3o induzida pelo ambiente, sugere novas formas de controlar estados qu\u00e2nticos em sistemas reais.<\/p>\n\n\n\n

Embora o estudo n\u00e3o tenha como foco imediato a constru\u00e7\u00e3o de computadores qu\u00e2nticos, seus resultados dialogam com os desafios da \u00e1rea. Grande parte da pesquisa em Majoranas busca criar cadeias longas, com dezenas de pontos qu\u00e2nticos, para garantir prote\u00e7\u00e3o topol\u00f3gica robusta. \u201cA ideia da \u00e1rea \u00e9 ampliar isso para 10, 20 quantum dots<\/em> para se conseguir a prote\u00e7\u00e3o topol\u00f3gica\u201d, explica Seridonio.<\/p>\n\n\n\n

O novo trabalho aponta um caminho alternativo. \u201cA gente conseguiu estabilizar esses estados apenas com dois s\u00edtios.\u201d Isso n\u00e3o substitui a abordagem tradicional, mas sugere que sistemas menores, mais simples de fabricar e controlar, tamb\u00e9m podem ter utilidade, especialmente como sensores e plataformas de teste.<\/p>\n\n\n\n

A pesquisa abre v\u00e1rias frentes para investiga\u00e7\u00f5es futuras. Uma delas \u00e9 estudar o efeito de perturba\u00e7\u00f5es simult\u00e2neas nos dois pontos qu\u00e2nticos. \u201cNo trabalho atual s\u00f3 um foi perturbado\u201d, diz o f\u00edsico. \u201cA ideia seria responder se a perturba\u00e7\u00e3o do sistema como um todo garantiria essa estabilidade.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Outra dire\u00e7\u00e3o envolve ampliar a faixa de par\u00e2metros em que a estabiliza\u00e7\u00e3o ocorre, tornando o fen\u00f4meno mais robusto experimentalmente. O estudo \u00e9 resultado de uma colabora\u00e7\u00e3o que re\u00fane pesquisadores brasileiros em diferentes est\u00e1gios de carreira e institui\u00e7\u00f5es.<\/p>\n\n\n\n

\u201cEsse trabalho tem uma hist\u00f3ria bem curiosa\u201d, conta Seridonio. \u201cEle est\u00e1 atrelado a um projeto financiado pela FAPESP e surgiu tamb\u00e9m de um desafio de escrever um artigo de revis\u00e3o, a convite da revista, com resultados novos.\u201d Entre os colaboradores est\u00e3o ex-alunos e parceiros de longa data. \u201c\u00c9 uma sinergia de todos culminando nesse resultado que n\u00f3s achamos bem interessante\u201d, afirma. \u201cEu agrade\u00e7o a parceria desses meus amigos e colaboradores.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Talvez a principal contribui\u00e7\u00e3o do trabalho seja conceitual: mostrar que sistemas n\u00e3o ideais (inevit\u00e1veis na pr\u00e1tica) podem ser explorados. Ao transformar limita\u00e7\u00f5es em ferramentas, o estudo amplia o horizonte da f\u00edsica da mat\u00e9ria condensada e aproxima a teoria das condi\u00e7\u00f5es experimentais reais. \u201cA gente deu um enfoque oposto ao da \u00e1rea e encontrou novas possibilidades justamente a\u00ed\u201d, arremata Seridonio.<\/p>\n\n\n\n

Assista \u00e0 entrevista com o f\u00edsico Antonio Carlos Ferreira Seridonio<\/h2>\n\n\n\n
\n