Os cientistas acabaram de mudar a natureza da matéria com um flash de luz

Pode parecer ficção científica, mas esta 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 poderiam influenciar tanto a tecnologia da informação quanto a pesquisa quântica. Suas descobertas foram publicadas em Avanços da Ciência.

Tecnologia baseada em magnons

Antes de mergulhar mais fundo, é útil entender o que são magnons e por que são importantes. O mundo moderno gera enormes quantidades de dados através da inteligência artificial e da “Internet das Coisas”. Os nossos actuais sistemas de informação já estão sob pressão e um estrangulamento de dados ameaça abrandar o progresso tecnológico.

Uma solução proposta é usar spins de elétrons – ou melhor ainda, ondas de muitos spins movendo-se juntas – para transportar informações. Essas oscilações coletivas de spin são chamadas 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 magnões nas suas frequências mais baixas utilizando luz, o que limita o seu potencial. Para aproveitar os magnons para tecnologias futuras, os pesquisadores devem ser capazes de sintonizar sua frequência, amplitude e vida útil. A equipe de Konstanz encontrou agora uma maneira de fazer exatamente isso. Ao excitar diretamente pares de magnons – as ressonâncias magnéticas de maior frequência em um material – eles descobriram uma nova e poderosa forma de controle.

Uma enorme surpresa

“O resultado foi uma grande surpresa para nós. Nenhuma teoria jamais o previu”, diz Davide Bossini. O processo não apenas funciona, mas também tem efeitos espetaculares. Ao conduzir pares de magnons de alta frequência através de pulsos de laser, os físicos conseguiram alterar as frequências e amplitudes de outros magnons – e, portanto, as propriedades magnéticas do material – de uma forma não térmica. “Cada sólido tem seu próprio conjunto de frequências: transições eletrônicas, vibrações de rede, excitações magnéticas. Cada material ressoa à sua maneira”, explica Bossini. É precisamente este conjunto de frequências que pode ser influenciado através do novo processo. “Isso muda a natureza do material, o ‘DNA magnético do material’, por assim dizer, sua ‘impressão digital’. Tornou-se praticamente um material diferente, com novas propriedades por enquanto”, diz Bossini.

“Os efeitos não são causados ​​pela excitação do laser. A causa é a luz, não a temperatura”, confirma Bossini: “Podemos alterar as frequências e propriedades do material de uma forma não térmica”. As vantagens são óbvias: o método poderia ser usado para armazenamento futuro de dados e para transmissão rápida de dados a taxas de terahertz, sem que os sistemas fossem desacelerados pelo acúmulo de calor.

Não são necessários materiais espetaculares de alta tecnologia ou terras raras como base para o processo, mas sim cristais cultivados naturalmente – nomeadamente a hematita do minério de ferro. “A hematita é muito difundida. Há séculos, já era usada em bússolas na navegação marítima”, explica Bossini. É perfeitamente possível que a hematita agora também seja usada para pesquisas quânticas 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 mágica, 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 na Matéria Clássica e Quântica além do Equilíbrio”.