Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert
Pela primeira vez, os físicos capturaram um enigmático estado da matéria em vídeo.
Usando um microscópio de transmissão de varredura de raios X, a equipe de pesquisa registrou as oscilações de um cristal do tempo feito de magnons em temperatura ambiente. Isso, eles disseram, é um avanço significativo no estudo dos cristais do tempo.
“Pudemos mostrar que esses cristais do espaço-tempo são muito mais robustos e difundidos do que se pensava”, disse o físico Pawel Gruszecki, da Universidade Adam Mickiewicz, na Polônia.
“Nosso cristal se condensa em temperatura ambiente e as partículas podem interagir com ele – ao contrário de um sistema isolado. Além disso, ele atingiu um tamanho que poderia ser possível fazer uso desse cristal magnônico de espaço-tempo. Isso pode resultar em muitas aplicações potenciais”.
Os cristais do tempo, às vezes também chamados de cristais do espaço-tempo, e cuja existência de fato só foi confirmada alguns anos atrás, são tão fascinantes quanto o nome sugere. Eles são muito parecidos com os cristais normais, mas tem uma propriedade adicional.
Em cristais regulares, os átomos constituintes são dispostos em uma estrutura de grade tridimensional fixa – pense na rede atômica de um diamante ou cristal de quartzo. Essas redes repetitivas podem diferir em configuração, mas dentro de uma dada formação elas não se movem muito: eles apenas se repetem espacialmente.
Nos cristais do tempo, os átomos se comportam de maneira um pouco diferente. Eles oscilam, girando primeiro em uma direção e depois na outra. Essas oscilações – conhecidas como ‘tique-taque’ – são travadas em uma frequência regular e particular. Assim, onde a estrutura dos cristais regulares se repete no espaço, nos cristais do tempo ela se repete no espaço e no tempo.
Para estudar os cristais do tempo, os cientistas costumam usar condensados de Bose-Einstein ultrafrios de quasipartículas de magnon. Os magnons não são partículas verdadeiras, mas consistem em uma excitação coletiva do spin dos elétrons – como uma onda que se propaga através de uma rede de spins.
A equipe de pesquisa liderada por Gruszecki e seu colega, o estudante de doutorado em física Nick Träger, do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes na Alemanha, fez algo diferente. Eles colocaram uma faixa de permalloy magnético em uma antena por meio da qual poderiam enviar uma corrente de radiofrequência.
Essa corrente produziu um campo magnético oscilante na faixa, com ondas magnéticas viajando de ambas as extremidades; essas ondas estimularam os magnons na faixa, e esses magnons em movimento condensaram-se em um padrão repetitivo.
“Pegamos o padrão regularmente recorrente de magnons no espaço e no tempo, colocamos mais magnons e eles eventualmente se espalharam”, disse Träger. “Assim, pudemos mostrar que o cristal de tempo pode interagir com outras quasipartículas. Ninguém ainda foi capaz de mostrar isso diretamente em um experimento, muito menos em vídeo”.
O vídeo acima mostra a frente de onda magnética se propagando através da faixa, filmada a até 40 bilhões de quadros por segundo usando o microscópio de raios-X MAXYMUS na instalação de radiação síncrotron BESSY II em Helmholtz Zentrum Berlin na Alemanha.
Os cristais do tempo devem ser estáveis e coerentes por longos períodos de tempo, porque – teoricamente – eles oscilam em seu estado de energia mais baixo possível. A pesquisa da equipe mostra que os cristais do tempo magnônicos configurados podem ser facilmente manipulados, abrindo uma nova possibilidade de reconfigurar os cristais de tempo. Isso poderia levar o estado da matéria para uma série de aplicações práticas.
“Os cristais clássicos têm um campo muito amplo de aplicações”, disse o físico Joachim Gräfe, do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes.
“Agora, se os cristais podem interagir não apenas no espaço, mas também no tempo, acrescentamos outra dimensão de aplicações possíveis. O potencial para comunicação, radar ou tecnologia de imagem é enorme”.
A pesquisa foi publicada na Physical Review Letters.
