Cientistas transformam a essência da matéria em um lampejo luminoso
Imagine poder alterar um material de forma que ele pareça se transformar em um completamente diferente. Nenhuma varinha mágica ou poção especial é necessária — apenas luz. Quando a luz interage com o material, ela excita seus estados magnéticos, desencadeando vibrações magnéticas coletivas. Essas vibrações podem transmitir e armazenar informações em velocidades terahertz. Todo o…
Imagine poder alterar um material de forma que ele pareça se transformar em um completamente diferente. Nenhuma varinha mágica ou poção especial é necessária — apenas luz. Quando a luz interage com o material, ela excita seus estados magnéticos, desencadeando vibrações magnéticas coletivas. Essas vibrações podem transmitir e armazenar informações em velocidades terahertz. Todo o processo acontece à temperatura ambiente e produz quase nenhum calor. Melhor ainda, não depende de materiais raros ou exóticos. Pesquisadores observaram o efeito em cristais comuns e naturalmente cultivados que estão amplamente disponíveis. Agora, imagine usar a mesma abordagem para acessar efeitos quânticos — fenômenos tão delicados que normalmente são observados apenas perto do zero absoluto (cerca de -270 graus Celsius) — mas fazendo isso à temperatura ambiente, sem a necessidade de sistemas de resfriamento caros.
Surpreendente Avanço Científico
Pode parecer ficção científica, mas essa descoberta é real. Uma equipe de físicos da Universidade de Konstanz, liderada por Davide Bossini, desenvolveu uma técnica experimental que torna isso possível. Ao usar pulsos de laser para excitar de forma coerente pares de magnons (quanta de ondas de spin), os pesquisadores alcançaram efeitos notáveis que podem influenciar tanto a tecnologia da informação quanto a pesquisa quântica. Suas descobertas foram publicadas na Science Advances.
Tecnologia baseadas em magnons
Antes de aprofundar o assunto, é útil entender o que são magnons e por que eles são importantes. O mundo moderno gera enormes quantidades de dados por meio da inteligência artificial e da “Internet das Coisas”. Nossos sistemas de informação atuais já estão sob pressão, e um gargalo de dados ameaça desacelerar o progresso tecnológico.
Uma solução proposta é usar spins de elétrons — ou melhor ainda, ondas de muitos spins se movendo juntas — para transportar informações. Essas oscilações coletivas de spin são chamadas de magnons. Eles se comportam como ondas e podem ser manipulados por lasers, permitindo potencialmente a transmissão e armazenamento de dados em frequências terahertz.
Até agora, no entanto, os cientistas só conseguiram excitar magnons em suas frequências mais baixas usando luz, o que limita seu potencial. Para aproveitar magnons para tecnologias futuras, os pesquisadores precisam ser capazes de ajustar sua frequência, amplitude e tempo de vida. A equipe de Konstanz agora encontrou uma maneira de fazer exatamente isso. Ao excitar diretamente pares de magnons — as ressonâncias magnéticas de maior frequência em um material — eles descobriram uma forma poderosa de controle.
Uma Grande Surpresa
“O resultado foi uma grande surpresa para nós. Nenhuma teoria jamais previu isso,” diz Davide Bossini. Não apenas o processo funciona — ele também tem efeitos espetaculares. Ao impulsionar pares de magnons de alta frequência por meio de pulsos de laser, os físicos conseguiram mudar as frequências e amplitudes de outros magnons — e, assim, as propriedades magnéticas do material — de uma maneira não térmica. “Todo sólido tem seu próprio conjunto de frequências: transições eletrônicas, vibrações de rede, excitações magnéticas. Cada material ressoa de sua própria maneira,” explica Bossini. É precisamente esse conjunto de frequências que pode ser influenciado através do novo processo. “Altera a natureza do material, o ‘DNA magnético do material’, por assim dizer, sua ‘impressão digital’. Ele se tornou praticamente um material diferente com novas propriedades momentaneamente,” afirma Bossini.
“Os efeitos não são causados pela excitação laser. A causa é a luz, não a temperatura,” confirma Bossini: “Podemos mudar as frequências e propriedades do material de uma maneira não térmica.” As vantagens são evidentes: o método poderia ser utilizado para armazenamento de dados futuros e para transmissão rápida de dados em taxas terahertz, sem que os sistemas sejam retardados pelo acúmulo de calor.
Não são necessários materiais de alta tecnologia espetaculares ou terras raras como base para o processo, mas sim cristais naturalmente cultivados — principalmente o minério de ferro hematita. “A hematita é amplamente disponível. Séculos atrás, já era usada para bússolas na navegação marítima,” explica Bossini. É perfeitamente possível que a hematita também venha a ser utilizada para a pesquisa quântica no futuro. Os resultados da equipe de Konstanz sugerem que, usando o novo método, os pesquisadores serão capazes de produzir condensados de Bose-Einstein induzidos pela luz de magnons de alta energia à temperatura ambiente. Isso abriria caminho para a pesquisa de efeitos quânticos sem a necessidade de resfriamento extensivo. Parece magia, mas é apenas tecnologia e pesquisa de ponta.
O projeto foi realizado no contexto do Centro de Pesquisa Colaborativa SFB 1432 “Flutuações e Não-linearidades em Materiais Clássicos e Quânticos além do Equilíbrio.”
