Imagine ser capaz de alterar um material para que pareça ser um material completamente diferente. Não é necessária varinha ou poção especial – apenas luz. Quando a luz interage com um material, ela excita seu estado magnético, desencadeando vibrações magnéticas coletivas. Essas vibrações podem transmitir e armazenar informações a velocidades de terahertz. Todo o processo ocorre à temperatura ambiente e quase não gera calor. Melhor ainda, não depende de materiais raros ou exóticos. Os pesquisadores observaram esse efeito em um cristal comum, cultivado naturalmente e amplamente utilizado. Agora imagine usar a mesma abordagem para explorar efeitos quânticos – fenómenos tão subtis que normalmente só são observados perto do zero absoluto (cerca de -270 graus Celsius) – mas à temperatura ambiente, sem a necessidade de sistemas de refrigeração dispendiosos.
Parece 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 resultados notáveis que podem impactar a tecnologia da informação e a pesquisa quântica. Suas descobertas foram publicadas em progresso científico.
Tecnologia baseada em Magnon
Antes de nos aprofundarmos, é útil entender o que são magnons e por que são importantes. O mundo moderno gera grandes quantidades de dados através da inteligência artificial e da “Internet das Coisas”. Os nossos actuais sistemas de informação já estão sob pressão e os estrangulamentos de dados ameaçam 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 com lasers, permitindo potencialmente a transmissão e armazenamento de dados em frequências terahertz.
Até agora, no entanto, os cientistas conseguiram excitar magnões apenas nas frequências mais baixas com luz, limitando o seu potencial. Para usar magnons em tecnologias futuras, os pesquisadores devem ser capazes de sintonizar sua frequência, amplitude e tempo de vida. A equipe de Konstanz encontrou agora uma maneira de fazer isso. Ao excitar diretamente pares de magnons, as ressonâncias magnéticas de mais alta frequência em materiais, eles descobriram uma nova e poderosa forma de controle.
uma grande surpresa
“Este resultado foi uma grande surpresa para nós. Nenhuma teoria poderia ter previsto isto”, diz Davide Bossini. Esse processo não apenas funciona, mas também tem resultados surpreendentes. Ao acionar pares de magnons de alta frequência com pulsos de laser, os físicos conseguiram alterar não termicamente a frequência e a amplitude de outros magnons, alterando assim as propriedades magnéticas do material. “Cada sólido tem seu próprio conjunto de frequências: transições eletrônicas, vibrações de rede, excitações magnéticas. Cada material ressoa à sua maneira”, explica Bossini. É este conjunto de frequências que pode ser influenciado através do novo processo. “Isso muda as propriedades do material, seu ‘DNA magnético’, por assim dizer, sua ‘impressão digital’. Na verdade, torna-se temporariamente um material diferente com novas propriedades”, disse Bossini.
“Esses efeitos não são causados pela excitação do laser. A causa é a luz, não a temperatura”, confirma Bossini: “Podemos alterar a frequência e as propriedades do material de uma forma não térmica”. As vantagens são óbvias: o método pode ser usado para armazenamento futuro de dados e transmissão rápida de dados a taxas de terahertz, sem desacelerar o sistema devido ao acúmulo de calor.
O processo não requer nenhum material atraente de alta tecnologia ou terras raras como base, mas requer cristais cultivados naturalmente – o minério de ferro hematita. “A hematita é amplamente distribuída. Ela tem sido usada em bússolas de navegação há séculos”, explica Bossini. Agora é inteiramente possível que a hematita também possa ser usada em futuras pesquisas quânticas. Os resultados da equipe de Konstanz mostram que, usando o novo método, os pesquisadores serão capazes de produzir condensados magnon Bose-Einstein de alta energia induzidos pela luz à temperatura ambiente. Isso abriria caminho para o estudo dos efeitos quânticos sem a necessidade de resfriamento extenso. Parece incrível, mas isso é apenas tecnologia e pesquisa de ponta.
O projeto é realizado no contexto do Centro Colaborativo de Pesquisa SFB 1432 “Ondas e não linearidades na matéria clássica e quântica além do equilíbrio”.
