Pela primeira vez, pesquisadores conseguiram transformar a luz em um estado estranho da matéria: o supersólido. Este material quântico combina as propriedades de um sólido cristalino e de um fluido sem viscosidade, abrindo novas perspectivas para a pesquisa em física da matéria condensada.
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Esta descoberta marca um passo importante no estudo dos estados quânticos exóticos. Ao contrário dos experimentos anteriores, que utilizavam átomos resfriados a temperaturas extremas, esta nova abordagem se baseia em um semicondutor e um laser, oferecendo maior flexibilidade experimental.
Um estado da matéria com propriedades únicas
Os supersólidos são materiais teoricamente previstos desde os anos 1960. Eles possuem uma estrutura cristalina ordenada, ao mesmo tempo em que se comportam como um superfluido, ou seja, sem viscosidade. Essas propriedades contraditórias resultam de efeitos quânticos que só se manifestam em condições muito específicas, onde as partículas compartilham uma fase comum enquanto se organizam espacialmente para minimizar sua energia.
Até agora, os supersólidos só haviam sido observados com átomos ultrafrios, onde os efeitos quânticos dominam. Esses experimentos exigiam temperaturas próximas do zero absoluto, tornando as manipulações limitadas. Esta nova abordagem, utilizando polaritons gerados pela interação entre a luz e um semicondutor, permite criar um supersólido em temperatura ambiente, uma primeira no campo.
Os polaritons, essas partículas híbridas, combinam as propriedades da luz e da matéria. Eles permitem reproduzir as características de um supersólido em um sistema mais acessível e controlável. Este avanço abre caminho para novos estudos sobre as transições de fase quânticas e pode ter aplicações no desenvolvimento de tecnologias quânticas.
Um experimento inovador
Os pesquisadores utilizaram um semicondutor de arsenieto de alumínio-gálio, um material comum nas tecnologias optoeletrônicas. Ao direcionar um laser para este semicondutor, eles geraram polaritons, partículas híbridas resultantes da interação entre a luz e a matéria. Essas quasipartículas foram controladas graças a um padrão de cristas microscópicas gravadas no semicondutor, permitindo estruturar seu movimento e energia.
Essas cristas desempenharam um papel crucial ao forçar os polaritons a se organizarem em um estado supersólido. Neste estado, as partículas compartilham uma fase comum enquanto minimizam sua energia, criando assim uma estrutura ao mesmo tempo ordenada e fluida. Os pesquisadores então mediram com precisão as propriedades deste novo estado, confirmando tanto sua estrutura cristalina quanto sua ausência de viscosidade, duas características essenciais de um supersólido.
Este experimento marca uma ruptura em relação aos métodos tradicionais, que se baseavam em átomos ultrafrios. Ao utilizar um sistema fotônico, os pesquisadores demonstraram que é possível criar e manipular supersólidos em condições menos extremas. Esta abordagem abre novas perspectivas para o estudo de materiais quânticos e pode facilitar a descoberta de estados da matéria ainda desconhecidos.
Para ir mais longe: O que é um polariton?
Um polariton é uma quasipartícula híbrida resultante da interação entre a luz e a matéria. Ele se forma quando fótons, as partículas de luz, se acoplam a éxcitons, estados excitados da matéria em um semicondutor. Esta combinação confere ao polariton propriedades únicas, a meio caminho entre as da luz e da matéria.
Os polaritons são particularmente interessantes na física quântica porque permitem explorar fenômenos como a condensação de Bose-Einstein em temperaturas mais acessíveis do que as requeridas para os átomos. Eles se comportam como partículas massivas enquanto conservam algumas características da luz, como a capacidade de se mover rapidamente.
No experimento recente, os polaritons foram utilizados para criar um estado supersólido. Sua capacidade de se auto-organizar e compartilhar uma fase comum os torna candidatos ideais para estudar estados quânticos exóticos. Esta flexibilidade abre caminho para novas pesquisas sobre materiais quânticos e suas aplicações potenciais.
Autor do artigo: Cédric DEPOND
Fonte: Nature