Experimento com pulsos de laser ultrarrápidos gera nova fase da matéria

Por , em 12.11.2019

Um novo experimento liderado por físicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (EUA) descobriu uma estranha fase da matéria: quando um padrão chamado “onda de densidade de carga” (em inglês, “charge density wave” ou CDW) em um determinado material foi atingido por um pulso de luz laser ultrarrápido, uma nova onda CDW foi criada.

E por que isso é estranho? Bom, quando adicionamos energia a qualquer material, por exemplo, aquecendo-o, isso quase sempre torna sua estrutura menos organizada. O caso mais comum é o do gelo: sua estrutura cristalina derrete e se transforma em água líquida, um estado sem nenhuma ordem.

Já o resultado desse experimento – a nova onda de densidade de carga criada – é um estado altamente ordenado.

De acordo com os pesquisadores, essa descoberta inesperada pode revelar propriedades invisíveis em diversos outros materiais.

O estudo

Os pesquisadores usaram um material chamado triteluride de lantânio no experimento. Dentro dele, um padrão ondulado de elétrons em regiões de alta e baixa densidade se forma espontaneamente, embora esteja confinado a apenas uma direção.

No entanto, quando os pesquisadores o atingiram com um pulso de laser ultrarrápido (com menos de um trilionésimo de segundo), esse padrão CDW desapareceu e foi substituído por um novo CDW, em um ângulo reto com o original.

Esse novo “CDW perpendicular” nunca havia sido observado antes neste material. Como o pulso de luz laser, ele também dura menos de um trilionésimo de segundo e, à medida que desaparece, o original ressurge.

“É como se esses dois [tipos de CDW] estivessem competindo – quando um aparece, o outro desaparece. Acho que o conceito realmente importante aqui é a competição de fase”, explicou um dos autores do experimento, Anshul Kogar, pós-doutorando do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).

Competição de fases

A ideia de dois possíveis estados da matéria competindo – sendo que o dominante suprime um ou mais modos alternativos – não é incomum em materiais quânticos.

O novo estudo, porém, sugere que pode haver estados “latentes” invisíveis em muitos tipos de materiais. Esses estados poderiam ser revelados ao suprimirmos o modo dominante.

“Ao nocautear esse estado dominante com a luz, talvez esses outros estados possam vir à existência. E como eles aparecem e desaparecem rapidamente, você pode ativá-los e desativá-los, o que pode ser útil para alguns aplicativos de processamento de informações”, afirmou outro autor do estudo, Nuh Gedik, professor do MIT.

Os achados da pesquisa também têm outras aplicações. Por exemplo, podem ajudar os cientistas a compreender melhor o papel da competição por fases em outros sistemas, respondendo a perguntas como por que a supercondutividade ocorre em alguns materiais a temperaturas relativamente altas.

Normalmente, esclarece Gedik, para alterar a fase de um material, os cientistas usam substâncias químicas, pressão ou campos magnéticos. Mas e se tudo o que você precisa fazer é apontar luz a um material para um novo estado surgir?

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na prestigiada revista científica Nature. [Phys]

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