Cientistas usam luz para criar composto sólido que é também líquido

Um grupo de cientistas italianos conseguiu usar partículas de luz para transformá-las em um supersólido, um composto que combina propriedades de sólidos e líquidos.

Estes estados simultâneos são possíveis apenas quando lidamos com física quântica, que trata de partículas menores que o átomo. Nesta escala microscópica, é possível alcançar os chamados estados topológicos que superam os que conhecemos da matéria física.

Enquanto no mundo que conhecemos as coisas respondem a apenas três estados (sólido, líquido e gasoso), na física quântica é possível combinar dois deles ao mesmo tempo, nenhum, ou todos.

É o caso da luz, que se comporta tanto como partícula (polaritons) como quanto onda nestas escalas reduzidas. A partir da manipulação destas partículas, os cientistas conseguiram transformá-la no supersólido.

“Podemos imaginá-lo como um fluido composto de gotículas quânticas coerentes e cristalizadas, mas que dispostas no espaço de forma que flui sem perturbações”, explica o físico Iacopo Carusotto, coautor do estudo, em comunicado à imprensa.

Um estudo publicado na revista Nature, em 5 de março, detalhou como foi feita esta transformação por pesquisadores do Instituto de Nanotecnologia de Lecce, na Itália, os mesmos que conseguiram transformá-la em um superlíquido (nem líquido, nem gasoso) em 2017.

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Ondas de luz se acumularam em uma estrutura semelhante a duas montanhas, batizadas pelos cientistas de cristais fotônicos

Reprodução/Nature

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Apesar de terem uma resistência de sólido, as partículas também tinham a fluidez de um líquido

Reprodução/Nature

Luz transformada em matéria exótica

Os pesquisadores alcançaram esse estado condensando polaritons, quasipartículas híbridas de luz e matéria, em um guia de ondas de cristal fotônico, como um imã de sólidos.

Esse sistema permitiu a observação de modulações de densidade até que se alcançasse uma função de onda supersólida. A supersolididade já havia sido explorada, mas esta é a primeira evidência dela em um sistema que não esteja isolado e em fase experimental.

“Isso abre caminho para explorar fases quânticas da matéria em sistemas não convencionais”, afirma Carusotto. A descoberta pode preencher a lacuna entre ciência fundamental e aplicações práticas.

Implicações para tecnologias quânticas

A criação de um supersólido a partir de luz tem potencial para revolucionar áreas como fotônica e computação neuromórfica, que busca imitar o funcionamento do cérebro. “Essa abordagem permite investigar propriedades físicas de maneira controlada e explorar características únicas para novos dispositivos”, diz Dario Gerace, coautor e professor da Universidade de Pavia.

Além de avançar o entendimento de estados quânticos exóticos, a pesquisa pode levar ao desenvolvimento de tecnologias inovadoras. Os cientistas agora investigam como manipular o estado e explorar seu espectro abrindo portas para aplicações práticas em dispositivos fotônicos e sistemas quânticos.

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