Cientistas da Universidade Metropolitana de Osaka anunciaram uma descoberta que redefine a compreensão do efeito Kondo, um fenômeno quântico crucial na física da matéria condensada. A pesquisa revela que uma alteração mínima no tamanho do spin quântico pode inverter o comportamento desse efeito, transformando-o de um supressor para um promotor do magnetismo. Esse achado desvenda uma fronteira quântica inédita, com vastas implicações para o futuro dos materiais.
O efeito Kondo descreve a interação entre spins quânticos localizados e elétrons móveis em um material, desempenhando um papel fundamental na formação de muitas propriedades quânticas. Até então, a visão predominante era que o efeito Kondo atuava principalmente na supressão do magnetismo, aprisionando spins em estados de emaranhamento máximo, conhecidos como singleto, com spin total zero. Agora, essa perspectiva tradicional é desafiada.
A investigação de fenômenos coletivos na física da matéria condensada é um desafio central, pois o comportamento de partículas quânticas individuais é relativamente simples. Contudo, quando essas partículas interagem em um material, surgem efeitos inteiramente novos e complexos. Isolar a física essencial do efeito Kondo em materiais reais sempre foi difícil, dada a presença de movimento de carga e outros graus de liberdade dos elétrons.
A complexidade do efeito Kondo e a revolução do spin
Para contornar essa complexidade, os físicos historicamente confiaram em modelos teóricos simplificados, como o influente modelo Kondo necklace, proposto por Sebastian Doniach em 1977. Este modelo remove o movimento eletrônico e os efeitos orbitais, resultando em um sistema composto apenas por spins interativos. Embora amplamente reconhecido como uma estrutura poderosa para explorar novos estados quânticos, sua realização experimental permaneceu um desafio por quase cinco décadas.
Uma questão fundamental persistiu por décadas: o efeito Kondo se comporta da mesma forma para todos os tamanhos de spin, ou uma mudança no tamanho do spin localizado altera o resultado? Responder a essa pergunta é crucial para uma compreensão mais ampla dos materiais quânticos. A equipe de pesquisa, liderada pelo Professor Associado Hironori Yamaguchi, da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade Metropolitana de Osaka, forneceu agora uma resposta conclusiva.
Revertendo a compreensão do magnetismo quântico
A equipe criou um novo tipo de Kondo necklace utilizando um material híbrido orgânico-inorgânico, cuidadosamente projetado com radicais orgânicos e íons de níquel. Essa precisão foi alcançada através do RaX-D, uma estrutura de design molecular que permite controle rigoroso sobre a estrutura cristalina e as interações magnéticas. Depois de construir um Kondo necklace com spin-1/2, os pesquisadores expandiram o sistema, aumentando o spin localizado de 1/2 para 1.
Medições termodinâmicas revelaram uma transição de fase clara, indicando que o sistema entrou em um estado magneticamente ordenado. A análise quântica detalhada explicou a origem dessa mudança: o acoplamento Kondo cria uma interação magnética efetiva entre momentos de spin-1, estabilizando a ordem magnética de longo alcance no material. O Professor Yamaguchi destacou que a “descoberta de um princípio quântico dependente do tamanho do spin no efeito Kondo abre uma área inteiramente nova de pesquisa em materiais quânticos”.
Essa capacidade de alternar estados quânticos entre regimes não magnéticos e magnéticos, controlando o tamanho do spin, representa uma poderosa estratégia de design para a próxima geração de dispositivos. A pesquisa da Universidade Metropolitana de Osaka, publicada em 21 de janeiro de 2026, oferece a primeira evidência experimental direta de que o papel do efeito Kondo depende fundamentalmente do tamanho do spin, marcando um avanço significativo na física fundamental e na engenharia de materiais avançados.
