Descobrindo novos estados de matéria quântica em sistema de spins fortemente correlacionados sob condições extremas

Resumo

O projeto de tese do candidato a doutorado Fernando de Almeida Passos (doravante referido como candidato DD2) lidará com um problema atual em Física da Matéria Condensada: entender os mecanismos físicos responsáveis pela formação de emaranhamento de spins e novos estados quânticos próximo de uma transição de fase quântica (QPT). Para atingir nossos objetivos, nós propomos investigar dois sistemas com spins fortemente correlacionados sob diferentes parâmetros de controle: a aplicação de alta pressão, campo magnético, substituição química e redução do tamanho finito do sistema. Nossa proposta é bastante inovadora e desafia o candidato DD2 a superar vários problemas desde a síntese de novas ligas em nanopartículas até a montagem de novos métodos experimentais que meçam propriedades físicas sob simultâneas condições extremas de temperaturas muito baixas, campo magnético intenso e alta pressão. Notavelmente, tais métodos experimentais sob condições extremas a serem instalados no Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP) ainda não estão disponíveis comercialmente. Por outro lado, a investigação de novos estados quânticos na matéria será feito mudando a correlação de spin e elétron no paramagneto quântico SrCu$_2$(BO$_3$)$_2$ (SCBO) e no magneto permanente Sm$_{1-x}$Y$_x$Co$_5$ (SYC). Enquanto para o SCBO o diagrama de fase será estudado através da medição de propriedades físicas sob condições extremas: alta pressão (até 250 kbar), temperatura ultra baixa (até 0.05 K) e campo magnético intenso (até 17 T), para o SYC o diagrama de fase será estudado a pressão ambiente ($p=0$) e a temperaturas acima da ambiente. Com o objetivo de investigar a evolução do magnetismo no SYC, o material será sintetizado na escala nanoscópica. Nosso objetivo é obter um melhor entendimento de como correlações entre diferentes graus de liberdade podem formar novos estados magnéticos, tanto com topologia trivial como não trivial. Esperamos que os resultados dessa tese de doutorado impulse ao candidato DD2 a se tornar um excepcional doutor em Física, com conhecimentos sólidos na preparação de amostras, desenvolvimento de métodos experimentais além do estado da arte e na resolução de problemas quentes na fronteira da Ciência. Também esperamos que os resultados beneficiem o Projeto Jovens Pesquisadores FAPESP InvestInTopQuantEx (processo 2018/08845-3), contribuindo para a formação de novos estados quânticos com o intuito de alcançar uma nova geração de materiais quânticos funcionais com promissoras aplicações nos magnetos duros, a supercondutividade e a computação quântica. (AU)