Estudo de fenômenos quânticos emergentes em sistema com tamanho e dimensionalidade reduzida

Resumo

O projeto de tese de doutorado do candidato Cauê Kaufmann Ribeiro aborda um problema desafiante na Física da Matéria Condensada: Elucidar os mecanismos físicos que descrevem uma transição de fase quântica (QPT) e seus novos fenômenos emergentes. Por tal motivo, propomos investigar dois sistemas eletrônicos fortemente correlacionados sob variações de parâmetros de controle não canônicos, i.e., a redução de dimensionalidade e do tamanho volumétrico para escala nanométrica. Os materiais a serem investigados foram oportunamente escolhidos devido ao seus estados quânticos exóticos previstos perto de uma QPT: FeGa$_{3-y}$Ge$_{y}$ ($y$ = 0, 0.15, 0.4) and FeSe$_{x}$Te$_{1-x}$ ($ x=$ 0, 0.5, 0.1). Para o FeGa$_{3-y}$Ge$_{y}$, nosso principal objetivo é investigar como a redução do tamanho volumétrico e da dimensionalidade do sistema influência a Física do possível ponto crítico quântico ferromagnético (FM-QCP) e formação de spins e fônons hidrodinâmicos. Estes fenômenos podem trazer uma nova arena para a investigação de spintrônica e termoeletricidade. Por outro lado, para o sistema FeSe$_{x}$Te$_{1-x}$ (x= 0, 0.5, 0.1) planejamos investigar a coexistência e/ou a competição entre momentos magnéticos locais e supercondutividade perto de um QPT, assim como revelar a existência de estados topológicos supercondutores protegidos na superfície. Para alcançar nossos objetivos, sintetizaremos nanopartículas (usando o método de high-energy ball milling) e filmes finos usando rf-sputtering e Molecular Beam Epitaxy (MBE), e mediremos suas propriedades físicas. Enquanto para as propriedades de bulk iremos a implementar novos métodos experimentais no IFUSP, para as medidas de propriedades microscópicas propomos uma nova metodologia em usar a espectrometria Mössbauer (que esta implementada no IF USP) para detectar estados topológicos superficiais. Outras medidas de propriedades físicas serão efetuadas em laboratórios de nossos colaboradores (internacional e local) associados à este projeto junto com o suporte de teóricos para interpretar nossos resultados experimentais. Esperamos que os resultados desta tese contribua a resolver as questões ainda em aberto na área de materiais quânticos e permita elaborar uma rota alternativa para atingir a geração de novos materiais quânticos funcionais uteis para aplicação em energia renovável e computação quântica. Ainda mais, esperamos que o candidato se torne um excepcional doutor em Física com excelentes habilidades na preparação de amostras, desenvolvimento de métodos experimentais e em resolver problemas de Física de fronteira. (AU)