O professor associado de física Riccardo Comin nunca para de buscar território desconhecido.
Riccardo Comin diz que a melhor parte de seu trabalho como professor de física e pesquisador de materiais exóticos é quando seus alunos entram em seu escritório para lhe dizer que têm dados novos e interessantes.
“É aquele momento de descoberta, aquele momento de admiração, de revelação de algo que está fora de tudo que você conhece”, diz Comin, professor associado de física da turma de desenvolvimento de carreira de 1947. “É isso que faz tudo valer a pena.”
Dados intrigantes energizam o Comin porque podem potencialmente conceder acesso a um mundo inexplorado. A sua equipa descobriu materiais com propriedades quânticas e outras propriedades exóticas, que poderão encontrar uma série de aplicações, tais como o tratamento das quantidades explosivas de dados do mundo, imagens médicas mais precisas e um enorme aumento da eficiência energética – para citar apenas algumas. Para Comin, que sempre foi um explorador, as novas descobertas satisfazem uma espécie de desejo intelectual de viajar.
Quando criança, crescendo na cidade de Udine, no nordeste da Itália, Comin adorava geografia e mapas, até mesmo desenhando cidades e países imaginários. Ele também viajou literalmente, viajando pela Europa com seus pais; seu pai recebeu uma oferta de viagem de trem gratuita como gerente de projetos em grandes projetos para ferrovias italianas.
Comin também adorava números desde cedo e, por volta da oitava série, ia à biblioteca pública para se aprofundar em livros de matemática sobre cálculo e geometria analítica que iam muito além do que lhe ensinavam na escola. Mais tarde, no ensino médio, Comin gostou de ser desafiado por um professor de matemática e física que nas aulas lhe fazia perguntas sobre conceitos extremamente avançados.
“Meus colegas olhavam para mim como se eu fosse um alienígena, mas eu me diverti muito”, diz Comin.
Sem medo de se aventurar sozinho em áreas de estudo mais restritas, Comin, no entanto, buscou a comunidade e apreciou o relacionamento que tinha com seu professor.
“Ele me proporcionou o tipo de interação que eu procurava, porque, caso contrário, seríamos apenas eu e meus livros”, diz Comin. “Ele ajudou a transformar uma atividade isolada em social. Ele me fez sentir como se tivesse um amigo.”
Ao final da graduação na Universidade de Trieste, Comin diz que optou pela física experimental, para ter “a oportunidade de explorar e observar fenômenos físicos”.
Ele visitou um centro de pesquisa próximo que abriga o Elettra Synchrotron para procurar um cargo de pesquisa onde pudesse trabalhar em sua tese de graduação, e ficou interessado em todas as pesquisas em ciência de materiais sendo conduzidas lá. Atraído pela comunidade e também pela pesquisa, ele escolheu um grupo que estava investigando como os átomos e moléculas de um líquido podem se reorganizar para se tornarem um vidro.
“Este grupo me impressionou. Eles pareciam realmente gostar do que estavam fazendo e se divertiam fora do trabalho e aproveitavam o ar livre”, diz Comin. “Eles pareciam ser um grupo agradável de se fazer parte. Acho que me importava mais com o ambiente social do que com o tema específico da pesquisa.”
Quando Comin estava terminando o mestrado, também em Trieste, e queria fazer o doutorado, seu foco estava voltado para os elétrons dentro de um sólido, e não para o comportamento de átomos e moléculas. Tendo viajado “literalmente por quase toda a Europa”, Comin diz que queria experimentar um ambiente de investigação diferente fora da Europa.
Ele disse ao seu orientador acadêmico que queria ir para a América do Norte e estava conectado com Andrea Damascelli, Cátedra de Pesquisa do Canadá em Estrutura Eletrônica de Materiais Quânticos na Universidade da Colúmbia Britânica, que estava trabalhando em supercondutores de alta temperatura. Comin diz que ficou fascinado pelo comportamento dos elétrons nos materiais que Damascelli e seu grupo estavam estudando.
“É quase como uma coreografia quântica, partículas que dançam juntas”, em vez de se moverem em muitas direções diferentes, diz Comin.
O subsequente trabalho de pós-doutorado de Comin na Universidade de Toronto, com foco em materiais optoeletrônicos – que podem interagir com fótons e energia elétrica – acendeu sua paixão por conectar as propriedades de um material à sua funcionalidade e preencher a lacuna entre a física fundamental e as aplicações do mundo real.
Desde que chegou ao MIT em 2016, Comin continuou a se encantar com o comportamento dos elétrons. Ele e Joe Checkelsky, professor associado de física, fizeram uma descoberta com uma nova classe de materiais em que os elétrons, muito atipicamente, são quase estacionários.
Esses materiais poderiam ser usados para explorar perda zero de energia, como em linhas de energia, e novas abordagens para a computação quântica.
“É um estado da matéria muito peculiar”, diz Comin. “Normalmente, os elétrons estão apenas circulando. Se você colocar um elétron em um ambiente cristalino, o que esse elétron vai querer fazer é pular, explorar seus vizinhos e basicamente estar em todos os lugares ao mesmo tempo.”
Os elétrons mais sedentários ocorreram em materiais onde uma estrutura de triângulos e hexágonos entrelaçados tendia a prender os elétrons nos hexágonos e, como todos os elétrons têm a mesma energia, eles criam o que é chamado de banda plana eletrônica, referindo-se ao padrão que é criados quando são medidos. A sua existência foi prevista teoricamente, mas não foram observadas.
Comin diz que ele e seus colegas fizeram suposições fundamentadas sobre onde encontrar bandas planas, mas elas foram evasivas. Após três anos de pesquisa, no entanto, eles tiveram um grande avanço.
“Colocamos uma amostra de material em uma câmara experimental, alinhamos a amostra para fazer o experimento e iniciamos a medição e, literalmente, cinco a 10 minutos depois, vimos essa linda faixa plana na tela”, diz Comin. “Estava tão claro, como se essa coisa estivesse basicamente gritando: Como você não me encontrou antes?
“Isso deu início a toda uma área de pesquisa que está crescendo cada vez mais – e uma nova direção em nosso campo.”
A pesquisa posterior de Comin sobre certos materiais bidimensionais com a espessura de átomos únicos e uma característica estrutural interna de quiralidade, ou destro ou canhoto semelhante a como uma espiral tem uma torção em uma direção ou outra, rendeu outro novo reino para explorar.
Ao controlar a quiralidade, “há perspectivas interessantes de realizar toda uma nova classe de dispositivos” que poderiam armazenar informações de uma forma mais robusta e muito mais eficiente em termos energéticos do que os métodos atuais, diz Comin, que é afiliado ao Laboratório de Pesquisa de Materiais do MIT. . Tais dispositivos seriam especialmente valiosos à medida que a quantidade de dados disponíveis em geral e tecnologias como a inteligência artificial crescem exponencialmente.
Ao investigar essas propriedades até então desconhecidas de certos materiais, Comin é caracteristicamente aventureiro em sua busca.
“Eu aceito a aleatoriedade que a natureza lança sobre você”, diz ele. “Parece aleatório, mas pode haver algo por trás disso, então tentamos variações, mudamos as coisas, vemos o que a natureza lhe serve. Muito do que descobrimos é devido à sorte – e o resto se resume a uma mistura de conhecimento e intuição reconhecer quando estamos vendo algo novo, algo que vale a pena explorar.”
