Pela primeira vez, pesquisadores demonstraram a luz se comportando como o efeito Hall quântico, um fenômeno observado anteriormente apenas em elétrons. Agora, os fótons se deslocam lateralmente em passos quantizados determinados por constantes fundamentais. Esse avanço pode aprimorar medições de precisão e avançar tecnologias fotônicas quânticas.
O efeito Hall, descoberto no final dos anos 1800, envolve a aparição de uma tensão lateral através de um material quando uma corrente elétrica flui através dele sob um campo magnético perpendicular. Isso ocorre à medida que o campo magnético desvia elétrons carregados negativamente para um lado, criando uma acumulação de carga e diferença de tensão mensurável. Cientistas usam há muito esse efeito para medir campos magnéticos com precisão e avaliar níveis de dopagem de materiais. nnNa década de 1980, experimentos com condutores ultra-finos em temperaturas muito baixas e campos magnéticos fortes revelaram o efeito Hall quântico. Aqui, a tensão lateral forma platôs distintos que sobem em degraus, independentes dos detalhes do material e definidos unicamente pela carga do elétron e a constante de Planck. Essa descoberta rendeu Prêmios Nobel de Física em 1985 pelo efeito Hall quântico, 1998 pela sua versão fracionária e 2016 por fases de matéria topológicas relacionadas. nnReplicar isso com luz tem sido desafiador porque os fótons, ao contrário dos elétrons, não carregam carga elétrica e não respondem diretamente a campos elétricos ou magnéticos. Uma equipe internacional, incluindo pesquisadores da Université de Montréal, agora conseguiu observar um deslocamento transversal quantizado da luz. Seu trabalho aparece em Physical Review X. nn“A luz se desloca de maneira quantizada, seguindo passos universais análogos aos vistos com elétrons sob campos magnéticos fortes”, disse Philippe St-Jean, professor de física na Université de Montréal e coautor do estudo. nnO efeito Hall quântico sustenta a metrologia moderna, como definir o quilograma usando constantes fundamentais via dispositivos eletromecânicos calibrados por padrões de resistência elétrica desses platôs. St-Jean observou: “Hoje, o quilograma é definido com base em constantes fundamentais usando um dispositivo eletromecânico que compara corrente elétrica à massa. Para que essa corrente seja perfeitamente calibrada, precisamos de um padrão universal para resistência elétrica. Os platôs do Hall quântico nos dão exatamente isso.” nnEssa versão baseada em luz poderia fornecer referências ópticas para medições, potencialmente ao lado ou substituindo as eletrônicas. Pode também apoiar o processamento de informação quântica e computadores fotônicos mais robustos. Pequenas desvios da quantização podem habilitar sensores sensíveis detectando mudanças ambientais. nnSt-Jean acrescentou: “Observar um deslocamento quantizado da luz é unicamente desafiador, pois sistemas fotônicos estão inerentemente fora de equilíbrio. Ao contrário dos elétrons, a luz exige controle preciso, manipulação e estabilização.” A conquista aponta para novos designs para dispositivos fotônicos em transmissão e processamento de informação.”},
