Em 2017, os avanços deram um novo passo, com a primeira demonstração da luz se tornando superfluida, ou seja, fluindo como um líquido sem qualquer viscosidade.
Agora, a mesma equipe responsável por essas descobertas conseguiu mostrar que a luz pode atingir um estado ainda mais exótico, conhecido como supersólido. Esse estado da matéria, que só foi alcançado experimentalmente no ano passado após mais de 50 anos de pesquisas, combina a rigidez de um sólido com a fluidez sem atrito de um superfluido, um tipo de fluido com viscosidade zero.
“Nós realmente transformamos a luz em um sólido. Isso é extremamente fascinante”, comentou o professor Dimitris Trypogeorgos, do Conselho Nacional de Pesquisa (CNR) da Itália.
Supersólidos são materiais extremamente peculiares, que dependem das regras do mundo quântico para sua existência. Eles possuem uma estrutura cristalina regular, como um sólido, mas, ao mesmo tempo, apresentam superfluidez, ou seja, viscosidade zero. Sua criação experimental exige a utilização de átomos resfriados a temperaturas extremamente baixas, próximas ao zero absoluto, onde os efeitos quânticos se tornam dominantes.
Para transformar a luz em um supersólido, foi necessário adicionar um toque extra de “solidez” ao processo.
Luz Supersólida
Em vez de utilizar arranjos periódicos de átomos resfriados, conhecidos como cristais de luz ou “matéria óptica”, o professor Dimitris Trypogeorgos e sua equipe optaram por uma abordagem diferente, empregando uma camada ultrafina do semicondutor arseneto de gálio-alumínio (AlGaAs) e um laser.
Ranhuras minuciosamente esculpidas no semicondutor permitem que a luz do laser interaja com a matéria de maneira a gerar uma partícula híbrida chamada poláriton. Esse quasipartícula resulta da interação entre um fóton (luz) e um éxciton (uma excitação da matéria).
O padrão das ranhuras desempenha um papel crucial nesse processo, sendo necessário que sua geometria restrinja o movimento das quasipartículas e as energias que elas podem atingir. Após um controle meticuloso desses fatores, a equipe conseguiu finalmente fazer com que os poláritons formassem um supersólido.
Segundo a explicação da equipe, um supersólido é uma fase contraintuitiva da matéria, onde as partículas constituintes estão organizadas em uma estrutura cristalina, mas permanecem livres para fluir sem atrito. Para que isso ocorra, as partículas devem compartilhar uma fase macroscópica global e, ao mesmo tempo, serem capazes de reduzir sua energia total por meio de uma auto-organização espacial espontânea.
Por fim, a equipe utilizou um equipamento de última geração para medir com precisão as propriedades dessa luz capturada e solidificada, confirmando que ela era, simultaneamente, sólida e fluida.
Trypogeorgos destaca que os supersólidos feitos com luz são mais fáceis de manipular do que os criados com átomos resfriados. Isso pode transformar o experimento em uma plataforma poderosa para estudar novos e surpreendentes tipos de matéria e suas transições. “Estamos realmente no começo de algo novo”, afirma ele, cheio de entusiasmo.
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