Os materiais de estado quântico possuem propriedades exóticas que desafiam as leis da física e oferecem um enorme potencial para os cientistas, mas normalmente são incrivelmente frágeis e requerem temperaturas extremamente baixas para existir e funcionar.
Isso cria um problema quando se trata de aproveitar ao máximo esses materiais e suas propriedades: eles precisam ser retirados de grandes refrigeradores de laboratório.
Demos mais um passo para tornar isso possível.
Pesquisadores da Universidade Estadual da Louisiana desenvolveram um material capaz de exibir anomalias quânticas à temperatura ambiente. Ele consiste em uma fina película de ouro sobre um chip de vidro gravado com padrões microscópicos.
Um artigo sobre este trabalho foi publicado em Revista Nature .
A chave para a capacidade do novo material de operar à temperatura ambiente reside na forma como ele desloca o foco de elétrons e átomos para fótons (partículas de luz). Isso supera a perturbação em escala atômica que normalmente causa calor.
O material é conhecido como metacristal plasmônico: "plasmônico" porque a luz que passa por ele causa ondas de elétrons conhecidas como plasmons, e "metacristal" porque é um cristal criado artificialmente.
Pequenos padrões de fenda gravados no material atuam como átomos artificiais (meta-átomos) que determinam como diferentes grupos de fótons os atravessam (comportamento quântico).
«"Ao alterarmos deliberadamente a distribuição de meta-átomos em um metacristal plasmônico, podemos determinar sistematicamente quais estatísticas quânticas podem fluir através da estrutura", afirma o físico Riley Dawkins.
«Assim, nosso cristal funciona essencialmente como um filtro estatístico para estados quânticos.».
Isso significa que, quando a luz entra no chip e passa pela superfície de ouro, ela é exposta a meta-átomos e, alterando o tamanho, a forma e o espaçamento das fendas, diferentes resultados finais podem ser obtidos em nível quântico.
Na prática, isso significa que certos estados quânticos da luz podem ser transmitidos com menos perturbação.
«"Chamamos isso de transferência estável. Esses estados quânticos carregam informações", diz o físico Omar Magaña-Loaiza.
«"Nosso cristal é capaz de distingui-los e movê-los de um ponto a outro de forma confiável, sem a necessidade de resfriamento criogênico. Isso abre as portas para tecnologias quânticas práticas.".
Isso poderia ser usado, por exemplo, para transmitir informações quânticas de forma confiável sem usar temperaturas ultrabaixas. Esta ainda é uma descoberta experimental inicial, mas demonstra que a base científica fundamental deste método é sólida.
«"Uma das partes mais empolgantes deste projeto foi perceber que poderíamos criar um material capaz de fazer algo que a própria natureza não consegue fazer", afirma o físico Chenglong Yu.
«Foi incrivelmente gratificante ver tudo funcionando exatamente como previmos.».
Os pesquisadores afirmam que os métodos utilizados aqui podem ser estendidos para além deste material específico. Seu estudo serve como modelo para outros grupos de pesquisa, que podem ajustar o tamanho e o espaçamento das fendas conforme necessário para alterar as propriedades do cristal e a forma como ele processa a luz.
A própria luz é quântica: diferentes tipos de luz (do laser ao ultravioleta) possuem propriedades diferentes. Embora o comportamento quântico de materiais à temperatura ambiente já tenha sido observado anteriormente, esta é a primeira demonstração desse fenômeno em um chip de triagem de luz tão avançado.
De maneira mais geral, o comportamento não convencional dos materiais quânticos promete aplicações em computação, comunicações (incluindo uma internet quântica) e energia — por exemplo, extrair mais energia da luz solar por meio de painéis solares.
A próxima linha de pesquisa dos investigadores será o estudo do ângulo de inclinação das células solares. Para tal, planeiam utilizar o seu novo metacristal plasmónico para direcionar melhor a luz incidente e reduzir a sua perda em termos de calor.
Sobre o assunto: A luz geralmente acelera os processos. Os cientistas acabaram de observar o fenômeno oposto no nanomundo.
«Para mim, isso não foi apenas um projeto — foi um esforço coletivo construído em torno da ideia de criar algo completamente novo em tecnologias quânticas», diz a física Jannatul Ferdows.
«"O que foi realmente empolgante é que não estávamos apenas criando uma nova classe de materiais quânticos que funcionam à temperatura ambiente, mas também desenvolvendo uma teoria para entender e controlar seu comportamento.".
Os resultados do estudo foram publicados em Revista Nature .
Este artigo foi verificado por Rebecca Dyer e editado por Michael Irving. Embora nos orgulhemos do nosso processo, somos humanos. Se encontrar algum erro, por favor, avise-nos.
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