Nanotecnologia

Luz se torna superfluida a temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/06/2017

Esquema da microcavidade orgânica onde a luz se torna um superfluido. [Imagem: Polytechnique Montreal]

Luz líquida

Não é novidade para ninguém que a luz pode ser interpretada como onda ou como partícula.

Já o fato de que a luz também pode se comportar como um líquido, ondulando e espiralando em torno de obstáculos como a corrente de um rio em volta de uma pedra, é uma descoberta muito mais recente e que ainda é motivo de muita controvérsia.

Essas propriedades "líquidas" da luz emergem em circunstâncias muito especiais, quando os fótons que formam a onda luminosa têm oportunidade de interagir uns com os outros - da mesma forma que ocorre no caso da luz solidificada.

A novidade agora é que, quando a luz recebe uma espécie de "roupa de elétrons", o efeito que ocorre é muito mais dramático: a luz se torna um superfluido, fluindo sem fricção ao redor de um obstáculo e se reconectando depois de passar por ele, sem qualquer ondulação.

E talvez ainda mais surpreendente, tudo acontece à temperatura ambiente - a superfluidez é um fenômeno que tipicamente ocorre a temperaturas muito próximas do zero absoluto.

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Luz superfluida

"A superfluidez, que permite que um fluido, na ausência de viscosidade, literalmente vaze para fora de seu recipiente, está ligada à capacidade de todas as partículas se condensarem em um estado chamado condensado de Bose-Einstein, também conhecido como o quinto estado da matéria, em que partículas se comportam como uma única onda macroscópica, oscilando à mesma frequência," explica o professor Daniele Sanvitto, do Conselho Nacional de Pesquisas da Itália, em Lecce.

Mas condensados de Bose-Einstein só se formam próximo do zero absoluto.

"Para obter a superfluidez a temperatura ambiente, ensanduichamos um filme fino de moléculas orgânicas entre dois espelhos altamente reflexivos. A luz interage fortemente com as moléculas conforme rebate para trás e para frente entre os espelhos, e isso nos permitiu formar um fluido híbrido de luz e matéria.

"Desta forma, podemos combinar as propriedades dos fótons, como a sua leve massa efetiva e alta velocidade, com fortes interações devidas aos elétrons dentro das moléculas. Sob condições normais, um fluido ondula e gira em torno de qualquer coisa que interfira com seu fluxo. Em um superfluido, essa turbulência é suprimida ao redor dos obstáculos, fazendo com que o fluxo continue inalterado em seu caminho," explicou o professor Stéphane Kéna-Cohen, da Escola Politécnica de Montreal, no Canadá, membro da equipe.

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O efeito é dramático quando a luz se torna superfluida (embaixo). [Imagem: Giovanni Lerario et al. - 10.1038/nphys4147]

Polaritons

A conclusão da equipe é que a luz se torna superfluida mediada por quasipartículas muito leves chamadas polaritons, que são essencialmente meio matéria e meio luz.

Como os polaritons estão diretamente envolvidos com uma tecnologia emergente chamada plasmônica, que promete nada menos do que chips à velocidade da luz, a expectativa é que o novo fenômeno possa ser explorado em futuros dispositivos fotônicos - sobretudo porque ele ocorre a temperatura ambiente.

De acordo com a equipe, o fenômeno que ocorre com a luz parece ser semelhante ao que acontece nos supercondutores, quando os elétrons se unem dando origem a superfluidos ou supercorrentes, conduzindo eletricidade sem perdas. Se a coisa pode acontecer com a luz a temperatura ambiente, isso pode ser um indício de que a supercondutividade também possa se tornar mais quente, já que até agora ela só foi registrada em temperaturas criogênicas.

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Bibliografia:

Room-temperature superfluidity in a polariton condensate
Giovanni Lerario, Antonio Fieramosca, Fábio Barachati, Dario Ballarini, Konstantinos S. Daskalakis, Lorenzo Dominici, Milena De Giorgi, Stefan A. Maier, Giuseppe Gigli, Stéphane Kéna-Cohen, Daniele Sanvitto
Nature Physics
DOI: 10.1038/nphys4147