Imagine poder alterar um material de forma que ele pareça se transformar em um totalmente diferente. Nenhuma varinha mágica ou poção especial é necessária — apenas luz. Quando a luz interage com o material, ela excita seus estados magnéticos, desencadeando vibrações magnéticas coletivas. Essas vibrações podem transmitir e armazenar informações em velocidades de terahertz. Todo o processo acontece à temperatura ambiente e produz quase nenhuma calor. E o melhor de tudo, não depende de materiais raros ou exóticos. Pesquisadores observaram o efeito em cristais comuns e naturalmente crescidos que são amplamente disponíveis. Agora imagine usar a mesma abordagem para acessar efeitos quânticos — fenômenos tão delicados que normalmente são observados apenas perto do zero absoluto (cerca de -270 graus Celsius) — mas fazendo isso à temperatura ambiente, sem a necessidade de sistemas de resfriamento caros.
Pode parecer ficção científica, mas essa descoberta é real. Uma equipe de físicos da Universidade de Konstanz, liderada por Davide Bossini, desenvolveu uma técnica experimental que torna isso possível. Utilizando pulsos laser para excitar de maneira 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. Os resultados foram publicados na Science Advances.
Tecnologia baseada em magnons
Antes de mergulhar mais fundo, é útil entender o que são magnons e por que eles são importantes. O mundo moderno gera enormes quantidades de dados por meio da inteligência artificial e da “Internet das Coisas”. Nossos sistemas de informação atuais já estão sob pressão, e um gargalo de dados ameaça desacelerar o progresso tecnológico.
Uma solução proposta é usar spins de elétrons — ou ainda melhor, ondas de muitos spins se movendo juntas — para transportar informações. Essas oscilações de spin coletivas são chamadas de magnons. Elas se comportam como ondas e podem ser manipuladas por lasers, permitindo potencialmente a transmissão e o armazenamento de dados em frequências de terahertz.
No entanto, até agora, os cientistas só conseguiram excitar magnons em suas frequências mais baixas usando luz, o que limita seu potencial. Para aproveitar os magnons para tecnologias futuras, os pesquisadores devem ser capazes de ajustar sua frequência, amplitude e duração. A equipe de Konstanz agora encontrou uma maneira de fazer exatamente isso. Ao excitar diretamente pares de magnons — as ressonâncias magnéticas de mais alta frequência em um material — eles descobriram uma nova forma poderosa de controle.
Uma grande surpresa
“O resultado foi uma grande surpresa para nós. Nenhuma teoria previa isso,” diz Davide Bossini. Não apenas o processo funciona — ele também tem efeitos espetaculares. Ao impulsionar pares de magnons de alta frequência por meio de pulsos laser, os físicos conseguiram mudar as frequências e amplitudes de outros magnons — e, assim, as propriedades magnéticas do material — de uma maneira não térmica. “Todo sólido tem seu próprio conjunto de frequências: transições eletrônicas, vibrações de rede, excitações magnéticas. Cada material ressoa à sua própria maneira,” explica Bossini. É precisamente esse 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’. Ele se tornou praticamente um material diferente, com novas propriedades, por enquanto,” diz Bossini.
“Os efeitos não são causados pela excitação laser. A causa é a luz, não a temperatura,” confirma Bossini: “Podemos mudar as frequências e propriedades do material de uma maneira não térmica.” As vantagens são óbvias: O método poderia ser usado para armazenamento de dados futuros e para transmissão rápida de dados em taxas de terahertz, sem que os sistemas sejam desacelerados pelo acúmulo de calor.
Nenhum material de alta tecnologia espetacular ou terras raras são necessários como base para o processo, mas sim cristais naturalmente crescidos — nomeadamente o minério de ferro hematita. “A hematita é bastante comum. Há séculos, já era usada para bússolas na navegação,” explica Bossini. É perfeitamente possível que a hematita agora também seja utilizada para pesquisas quânticas no futuro. Os resultados da equipe de Konstanz sugerem que, utilizando o novo método, os pesquisadores poderão produzir condensados de Bose-Einstein induzidos por luz de magnons de alta energia à temperatura ambiente. Isso abriria caminho para pesquisar efeitos quânticos sem a necessidade de resfriamento extenso. 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.”
