Estudo de fenômenos topológicos e quânticos emergentes em redes de Kondo sob condições extremas

Resumo

O projeto de tese da candidata a doutorado, Aryella Faé Rabello (doravante denominada candidata DD3) tratará de um problema de ponta e atual na Física da Matéria Condensada: entender as escalas de baixa energia que descrevem um emaranhado de graus de liberdade de spin e elétrons responsável pelo surgimento de novos fenômenos quânticos e estados topológicos. Para atingir nossos objetivos, propomos investigar dois sistemas de elétrons fortemente correlacionados sob condições extremas, isto é, a aplicação de alta pressão (p), alto campo magnético (B) e temperatura muito baixa (T). Nossa proposta é bastante inovadora e desafia o candidato DD3 a superar várias questões em aberto para descobrir fenômenos quânticos emergentes próximos a uma transição de fase quântica. Isto implica, por um lado, a busca de novos cenários físicos para descrevam o comportamento crítico quântico e formação de possíveis estados topológicos (apoiados por nossos colaboradores teóricos). Por outro lado, se pretende estabelecer novos métodos experimentais "construídos em casa" para medir propriedades físicas em condições extremas. Notavelmente, esses novos métodos experimentais sob condições extremas a serem instaladas no Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF USP) ainda não estão disponíveis comercialmente. Para experimentos desafiadores sob condições extremas, propomos novas estratégias para desenvolver métodos experimentais que superam problemas como espaço miniaturizado disponível, reprodutibilidade de experimentos de alta pressão e propensos a erros, inomogeneidade do meio de pressão, termalização da amostra em temperatura ultra baixa. Usando a fabricação de filmes finos e da litografia de circuitos em miniatura iremos a depositar manômetros e sensores de temperatura, que nos permitira realizar medições de propriedades físicas em condições extremas simultâneas e, assim, ir além do estado da arte na investigação de matéria quântica. Por outro lado, os materiais a serem investigados nesta tese, as redes Kondo Ce3Pd20Si6 e CeRu4Sn6, são considerados na vanguarda dos sistemas de elétrons fortemente correlacionados. Nosso objetivo é desemaranhar os diferentes graus de liberdade de spin e elétron, modificando as correlações eletrônicas desses materiais sob pressão e campo magnético simultâneos. As medições de propriedades físicas em condições extremas permitirão construir um diagrama de fases T-p-B, bem como reconhecer possíveis pontos críticos quânticos e estados quânticos exóticos concomitantes com topologia trivial e não trivial. Esperamos que os resultados desta tese de doutorado não apenas beneficiem o projeto InvestInTopQuantEx da Young Research FAPESP (Processo 2018/08845-3), mas também contribuam enormemente para responder a questões abertas na área de matéria quântica, abrindo caminho alternativo para alcançar novos geração de materiais quânticos funcionais com aplicação promissora em termoeletricidade, supercondutividade e computação quântica. Além disso, visamos que o candidato DD3 se torne um excelente doutor em Física, com fortes habilidades no desenvolvimento de métodos experimentais além do estado-da-arte e solucionador de problemas de questões importantes na fronteira da Ciência. (AU)