Cientistas da Universidade McGill deram um passo significativo em direção aos lasers de fônons ao descobrir uma nova forma de gerar ondas sonoras quânticas controláveis em temperaturas próximas ao zero absoluto. A pesquisa, realizada em colaboração com o Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, indica que a movimentação de energia em materiais avançados precisa ser reavaliada.

O novo dispositivo quântico é capaz de gerar rajadas controladas de partículas sonoras, conhecidas como fônons, ao forçar elétrons a atravessar um cristal ultra-fino em temperaturas extremamente baixas. Essa descoberta pode abrir caminho para o desenvolvimento de lasers de fônons e aprimorar áreas como comunicações, tecnologias médicas e sistemas de sensoriamento avançados.

Inovações em Comunicações e Tecnologia Médica

Segundo Michael Hilke, professor associado de Física e coautor do estudo, a comunicação moderna é predominantemente baseada em luz e correntes elétricas. No entanto, em ambientes como os oceanos, o som pode se propagar onde a luz e as correntes elétricas não conseguem. Além disso, as ondas sonoras são uma ferramenta útil dentro do corpo humano.

O dispositivo foi testado utilizando um cristal bidimensional que restringe os elétrons a um canal com apenas alguns átomos de largura. A equipe descobriu que, ao empurrar os elétrons através desse caminho ultra-fino a altas velocidades, eles liberam sua energia excedente na forma de vibrações sonoras, ou fônons, em padrões previsíveis e controláveis.

Comportamento Quântico em Temperaturas Extremas

Os experimentos foram conduzidos em temperaturas que variaram de aproximadamente 10 mili-Kelvin a 3,9 Kelvin. Nessas condições, os elétrons apresentam um comportamento mais ordenado, facilitando a observação de fenômenos quânticos, onde a matéria se comporta como ondas. Hilke explicou que, a temperaturas absolutas, nenhum som é produzido a menos que os elétrons viajem coletivamente à velocidade do som ou superior.

A pesquisa avança além de estudos anteriores, mostrando que os elétrons podem estar em estados quentes mesmo em um cristal próximo ao zero absoluto. A próxima fase do estudo buscará construir o dispositivo utilizando outros materiais, como grafeno, o que poderá aumentar ainda mais a velocidade de operação.

Hilke acredita que versões futuras da tecnologia poderão contribuir para sistemas de comunicação mais rápidos, ferramentas de detecção mais sensíveis, métodos aprimorados de estudo de materiais biológicos e tecnologias médicas avançadas. Ele destacou que a geração e o controle de fônons representam um desafio significativo, e a equipe está explorando novos regimes para entender melhor como a corrente elétrica e a energia se movem dentro de materiais eletrônicos avançados.

Publicação e Financiamento da Pesquisa

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Physical Review Letters em um artigo intitulado "Emissão Magnetofonon Resonante por Elétrons Supersônicos em Sistemas Bidimensionais de Mobilidade Ultra-Alta", assinado por Michael Hilke e colaboradores. O estudo recebeu financiamento do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá e do Fonds de recherche du Québec -- Nature et technologie.