Superfluorescência abre caminho para tecnologias quânticas de alta temperatura

Eletr?nica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/06/2025

Superfluoresc?ncia

Embora a supercondutividade seja bem conhecida, nos ?ltimos anos os f?sicos avan?aram no conhecimento de uma s?rie de outros "estados extremos" da mat?ria, incluindo a superfluidez, a supersolidez e at? um h?brido de ambas, a superfluidez em um supers?lido.

Agora chegou a vez de os holofotes se virarem para a superfluoresc?ncia, que se caracteriza pela emiss?o coletiva e coerente de luz quando um conjunto de emissores ? energizado, resultando em uma emiss?o muito mais intensa, embora mais curta, do que quando os emissores est?o em seu estado fundamental.

O fen?meno ? razoavelmente bem conhecido e j? foi demonstrado em v?rios sistemas, como nuvens at?micas, pontos qu?nticos e l?quidos de quasipart?culas. Mas h? um detalhe: A superfluoresc?ncia sempre foi observada em temperaturas criog?nicas, exigidas pelos fen?menos tipicamente qu?nticos.

Agora, a professora Melike Biliroglu e colegas de v?rias institui??es e pa?ses conseguiram desvendar o mecanismo e as condi??es materiais necess?rias para que a superfluoresc?ncia ocorra em temperatura ambiente.

Esta demonstra??o te?rico-experimental dever? servir como um modelo para o projeto de materiais que permitam estados qu?nticos ex?ticos - como supercondutividade, superfluidez etc - em altas temperaturas, abrindo caminho para aplica??es como computadores qu?nticos que n?o exijam temperaturas extremamente baixas para funcionar e melhores emissores de luz.

Superfluoresc?ncia a temperatura ambiente

A descoberta, que se baseou na emergente e promissora classe das perovskitas, envolve uma s?rie de quasipart?culas e fen?menos qu?nticos associados, a saber: ?xcitons, polarons, s?litons e skyrmions.

Os ?xcitons s?o como part?culas compostas - por isso chamadas de quasipart?culas -, formadas pelo acoplamento de uma carga negativa (um el?tron) com uma carga positiva (uma lacuna), no interior de um material s?lido. Os polarons s?o mais complicados, envolvendo a intera??o de um el?tron ou lacuna com um ?tomo na rede cristalina do material, sendo que essa intera??o causa vibra??es, que s?o f?nons, por sua vez a quantiza??o de coisas como o calor ou o som. Os s?litons s?o ondas muito robustas, que n?o perdem facilmente energia e nem o seu formato. E os skyrmions s?o uma esp?cie de redemoinho magn?tico que promete revolucionar a computa??o.

"Imagine a rede at?mica como um tecido fino esticado entre dois pontos. Se voc? colocar bolas s?lidas - que representam ?xcitons - sobre o tecido, cada bola deforma o tecido localmente. Para obter um estado ex?tico como a superfluoresc?ncia, ? necess?rio que todos os ?xcitons, ou bolas, formem um grupo coerente e interajam com a rede como uma unidade, mas em altas temperaturas o ru?do t?rmico impede isso," explicou o professor Kenan Gundogdu, da Universidade da Carolina do Norte.

Mas a perovskita conta com mais quasipart?culas em sua prateleira, de modo que o racioc?nio pode prosseguir. "A bola e sua deforma??o local juntas formam um polaron," continuou Gundogdu. "Quando esses polarons transitam de uma distribui??o aleat?ria para uma forma??o ordenada na rede, eles formam um s?liton, ou unidade coerente. O processo de forma??o do s?liton amortece as perturba??es t?rmicas, que de outra forma impediriam os efeitos qu?nticos."

Pronto. A superfluoresc?ncia emergiu em um sistema de estado s?lido a temperatura ambiente. "Esta ? uma das primeiras observa??es diretas da forma??o de estados qu?nticos macrosc?picos," disse Melike Biliroglu, membro da equipe.

"Efeitos qu?nticos macrosc?picos, como a supercondutividade, s?o essenciais para todas as tecnologias qu?nticas que buscamos - comunica??o qu?ntica, criptologia, sensoriamento e computa??o - e todas elas s?o atualmente limitadas pela necessidade de baixas temperaturas. Mas agora que entendemos a teoria, temos diretrizes para projetar novos materiais qu?nticos que podem funcionar em altas temperaturas, o que representa um enorme avan?o," concluiu Gundogdu.

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