Uma equipe de pesquisa polonês-alemã conseguiu criar um cristal de espaço-tempo do tamanho de um micrômetro que consiste em magnons em temperatura ambiente. Com a ajuda do microscópio de transmissão de varredura de raios-X Maxymus em Bessy II em Helmholtz Zentrum Berlin, eles foram capazes de filmar a estrutura de magnetização periódica recorrente em um cristal. Publicado na Physical Review Letters, o projeto de pesquisa foi uma colaboração entre cientistas do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes em Stuttgart, Alemanha, a Universidade Adam Mickiewicz e a Academia Polonesa de Ciências em Poznan na Polônia.
Ordem no espaço e uma periodicidade no tempo
Um cristal é um sólido cujos átomos ou moléculas estão regularmente organizados em uma estrutura particular. Se olharmos para o arranjo com um microscópio, descobriremos um átomo ou uma molécula sempre nos mesmos intervalos. O mesmo ocorre com os cristais de espaço-tempo: entretanto, a estrutura recorrente existe não apenas no espaço, mas também no tempo. Os menores componentes estão constantemente em movimento até que, após um certo período, eles se organizam novamente no padrão original.
Em 2012, o vencedor do Prêmio Nobel de Física Frank Wilczek descobriu a simetria da matéria no tempo. Ele é considerado o descobridor dos chamados cristais do tempo, embora, como teórico, os tenha previsto apenas hipoteticamente. Desde então, vários cientistas têm buscado materiais nos quais o fenômeno seja observado. O fato de que os cristais espaço-tempo realmente existem foi confirmado pela primeira vez em 2017. No entanto, as estruturas tinham apenas alguns nanômetros de tamanho e se formaram apenas em temperaturas muito frias abaixo de 250 graus Celsius negativos. O fato de os cientistas alemães-poloneses terem conseguido obter imagens de cristais espaço-tempo relativamente grandes de alguns micrômetros em um vídeo em temperatura ambiente é, portanto, considerado inovador. Mas também porque eles foram capazes de mostrar que seu cristal de espaço-tempo, que consiste em magnons, pode interagir com outros magnons que o encontram.
Uma experiência excepcional foi bem-sucedida
“Pegamos o padrão regularmente recorrente de magnons no espaço e no tempo, enviamos mais magnons e eles eventualmente se espalharam. Assim, pudemos mostrar que o cristal do tempo pode interagir com outras quasipartículas. Ninguém ainda foi capaz de mostrar isso diretamente em um experimento, quanto mais em um vídeo”, diz Nick Träger, estudante de doutorado do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes que, junto com Pawel Gruszecki, é o primeiro autor da publicação.
Em seu experimento, Gruszecki e Träger colocaram uma tira de material magnético em uma antena microscópica através da qual enviaram uma corrente de radiofrequência. Esse campo de micro-ondas acionou um campo magnético oscilante, uma fonte de energia que estimulou os magnons na faixa – a quase-partícula de uma onda de spin. As ondas magnéticas migraram para a faixa da esquerda e da direita, condensando-se espontaneamente em um padrão recorrente no espaço e no tempo. Ao contrário das ondas estacionárias triviais, esse padrão foi formado antes que as duas ondas convergentes pudessem se encontrar e interferir. O padrão, que regularmente desaparece e reaparece por conta própria, deve, portanto, ser um efeito quântico.
Gisela Schütz, diretora do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes que chefia o Departamento de Sistemas Magnéticos Modernos, destaca a singularidade da câmera de raios X: “Ela não só pode tornar as frentes de onda visíveis com resolução muito alta, que é 20 vezes melhor do que o melhor microscópio óptico. Ele pode até fazer isso em até 40 bilhões de quadros por segundo e também com sensibilidade extremamente alta a fenômenos magnéticos. ”
“Pudemos mostrar que esses cristais de espaço-tempo são muito mais robustos e difundidos do que se pensava”, diz Pawel Gruszecki, cientista da Faculdade de Física da Universidade Adam Mickiewicz em Poznan. “Nosso cristal se condensa à temperatura ambiente e as partículas podem interagir com ele – ao contrário de um sistema isolado. Além disso, ele atingiu um tamanho que poderia ser usado para fazer algo com este cristal magnônico de espaço-tempo. Isso pode resultar em muitas aplicações potenciais.”
Joachim Gräfe, ex-líder do grupo de pesquisa no Departamento de Sistemas Magnéticos Modernos e último autor da publicação, conclui: “Os cristais clássicos têm um campo muito amplo de aplicações. Agora, se os cristais podem interagir não apenas no espaço, mas também no tempo, nós adicionar outra dimensão de possíveis aplicações. O potencial para comunicação, radar ou tecnologia de imagem é enorme.”
Publicado em 25/02/2021 09h23
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