Os pesquisadores encontraram evidências de uma fase anômala da matéria que estava prevista para existir na década de 1960. O aproveitamento de suas propriedades pode abrir caminho para novas tecnologias capazes de compartilhar informações sem perdas de energia. Esses resultados são relatados na revista Science Advances.
Enquanto investigavam um material quântico, os pesquisadores da Universidade de Cambridge que lideraram o estudo observaram a presença de ondas de energia inesperadamente rápidas se propagando pelo material quando o expuseram a pulsos de laser curtos e intensos. Eles foram capazes de fazer essas observações usando uma câmera microscópica de velocidade que pode rastrear movimentos pequenos e muito rápidos em uma escala que é desafiadora com muitas outras técnicas. Essa técnica testa o material com dois pulsos de luz: o primeiro o perturba e cria ondas – ou oscilações – que se propagam para fora em círculos concêntricos, da mesma forma que jogar uma pedra em um lago; o segundo pulso de luz tira um instantâneo dessas ondas em vários momentos. Juntas, essas imagens permitiram que eles observassem como essas ondas se comportam e entendessem seu ‘limite de velocidade’.
“Em temperatura ambiente, essas ondas se movem a um centésimo da velocidade da luz, muito mais rápido do que esperaríamos em um material normal. Mas quando vamos a temperaturas mais altas, é como se o lago tivesse congelado”, explicou a primeira autora Hope Bretscher, que realizou essa pesquisa no Laboratório Cavendish de Cambridge. “Não vemos essas ondas se afastando da rocha. Passamos muito tempo procurando por que um comportamento tão bizarro poderia ocorrer.”
A única explicação que parecia se adequar a todas as observações experimentais era que o material hospeda, em temperatura ambiente, uma fase “isolante excitônica” da matéria, que embora teoricamente prevista, havia escapado à detecção por décadas.
“Em um isolador excitônico, as ondas de energia observadas são sustentadas por partículas de carga neutra que podem se mover em velocidades semelhantes às do elétron. É importante que essas partículas possam transportar informações sem serem impedidas pelos mecanismos de dissipação que, na maioria dos materiais comuns, afetam as partículas carregadas como elétrons “, disse o Dr. Akshay Rao, do Laboratório Cavendish, que liderou a pesquisa. “Esta propriedade pode fornecer um caminho mais simples para o cálculo de economia de energia à temperatura ambiente do que a supercondutividade.”
A equipe de Cambridge então trabalhou com teóricos de todo o mundo para desenvolver um modelo sobre como essa fase de isolamento excitônica existe e por que essas ondas se comportam dessa maneira.
“Os teóricos previram a existência dessa fase anômala há décadas, mas os desafios experimentais para ver evidências disso significam que só agora somos capazes de aplicar estruturas desenvolvidas anteriormente para fornecer uma imagem melhor de como ele se comporta em um material real”, comentou Yuta Murakami, do Instituto de Tecnologia de Tóquio, que colaborou no estudo.
“A transferência de energia sem dissipação desafia nossa compreensão atual do transporte em materiais quânticos e abre a imaginação dos teóricos para novos caminhos para sua manipulação futura”, disse o colaborador Denis Gole, do Instituto Jozef Stefan e da Universidade de Ljubljana.
“Este trabalho nos coloca um passo mais perto de alcançar alguns aplicativos incrivelmente eficientes em termos de energia que podem aproveitar essa propriedade, inclusive em computadores”, concluiu o Dr. Rao.
Publicado em 17/07/2021 23h48
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