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 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 o que você conhece”, diz Comin, o Professor Associado de Desenvolvimento de Carreira de Física da Classe de 1947. “É isso que faz tudo valer a pena.”

Dados intrigantes energizam Comin porque podem potencialmente conceder acesso a um mundo inexplorado. Sua equipe descobriu materiais com propriedades quânticas e outras propriedades exóticas, que podem encontrar uma gama de aplicações, como lidar com as quantidades explosivas de dados do mundo, imagens médicas mais precisas e eficiência energética amplamente aumentada — para citar apenas algumas. Para Comin, que sempre foi um tanto explorador, novas descobertas satisfazem um tipo de desejo intelectual de viajar.

Quando criança, crescendo na cidade de Udine, no nordeste da Itália, Comin amava geografia e mapas, até mesmo desenhando seus próprios mapas de cidades e países imaginários. Ele viajou literalmente também, viajando pela Europa com seus pais; seu pai recebeu ofertas de viagens de trem gratuitas como gerente de projetos em grandes projetos para ferrovias italianas.

Comin também amava números desde cedo, e por volta da oitava série ia à biblioteca pública para se aprofundar em livros didáticos de matemática sobre cálculo e geometria analítica que estavam muito além do que ele estava aprendendo na escola. Mais tarde, no ensino médio, Comin gostava de ser desafiado por um professor de matemática e física que, em sala de aula, fazia perguntas sobre conceitos extremamente avançados.

“Meus colegas de classe 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 refinadas, Comin, mesmo assim, buscava a comunidade e apreciava o relacionamento que tinha com seu professor.

“Ele me deu o tipo de interação que eu estava procurando, porque, do contrário, seria só eu e meus livros”, diz Comin. “Ele ajudou a transformar uma atividade isolada em uma atividade social. Ele me fez sentir como se eu tivesse um amigo.”

No final de seus estudos de graduação na Universidade de Trieste, Comin diz que decidiu pela física experimental, para ter “a oportunidade de explorar e observar fenômenos físicos”.

Ele visitou uma instalação de pesquisa próxima que abriga o Elettra Synchrotron para procurar uma posição de pesquisa onde pudesse trabalhar em sua tese de graduação, e se interessou por todas as pesquisas de ciência de materiais que estavam sendo conduzidas lá. Atraído pela comunidade, bem como pela pesquisa, ele escolheu um grupo que estava investigando como os átomos e moléculas em 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 de pessoas agradável de se fazer parte. Acho que me importava mais com o ambiente social do que com o tópico de pesquisa específico.”

Na época em que Comin estava terminando seu mestrado, também em Trieste, e queria fazer um PhD, seu foco havia se voltado para elétrons dentro de um sólido em vez do comportamento de átomos e moléculas. Tendo viajado “literalmente para quase todos os lugares da Europa”, Comin diz que queria experimentar um ambiente de pesquisa diferente fora da Europa.

Ele disse ao seu orientador acadêmico que queria ir para a América do Norte e estava conectado com Andrea Damascelli, o Canada Research Chair em Electronic Structure of Quantum Materials na University of British Columbia, 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 trabalho de pós-doutorado subsequente de Comin na Universidade de Toronto, com foco em materiais optoeletrônicos — que podem interagir com fótons e energia elétrica — despertou 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 continua a se deliciar com o comportamento dos elétrons. Ele e Joe Checkelsky, professor associado de física, tiveram uma descoberta com uma  nova classe de materiais em que os elétrons, muito atipicamente, são quase estacionários.

Esses materiais podem ser usados para explorar perda zero de energia, como a de linhas de energia, e novas abordagens para computação quântica.

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 criado quando eles são medidos. Sua existência foi prevista teoricamente, mas eles não foram observados.

Comin diz que ele e seus colegas fizeram suposições fundamentadas sobre onde encontrar bandas planas, mas elas eram ilusórias. Após três anos de pesquisa, no entanto, eles tiveram um avanço.

“Colocamos um material de amostra 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 conseguiu me encontrar antes?

“Isso deu início a toda uma área de pesquisa que está crescendo cada vez mais — e uma nova direção em nosso campo.”

As pesquisas posteriores de Comin sobre certos materiais bidimensionais com a espessura de átomos individuais e uma característica estrutural interna de quiralidade, ou destros ou canhotos, semelhante a como uma espiral tem uma torção em uma direção ou outra, produziram outro novo reino a ser explorado.

Ao controlar a quiralidade, “há perspectivas interessantes de concretizar uma classe totalmente nova de dispositivos” que poderiam armazenar informações de uma forma mais robusta e muito mais eficiente em termos de energia 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 inteligência artificial crescem exponencialmente.

Ao investigar essas propriedades até então desconhecidas de certos materiais, Comin é caracteristicamente aventureiro em sua busca.

“Eu abraço a aleatoriedade que a natureza joga em você”, ele diz. “Parece aleatório, mas pode haver algo por trás disso, então tentamos variações, trocamos as coisas, vemos o que a natureza serve para você. Muito do que descobrimos é devido à sorte — e o resto se resume a uma mistura de conhecimento e intuição para reconhecer quando estamos vendo algo novo, algo que vale a pena explorar.”