A magnetita é o material magnético mais antigo conhecido pelos humanos, no entanto, os pesquisadores ainda estão perplexos com certos aspectos de suas propriedades.

Por exemplo, quando a temperatura é reduzida abaixo de 125 Kelvin, magnetita muda de um metal para um isolante, seus átomos mudam para uma nova estrutura de rede, e suas cargas formam um complicado padrão ordenado. Esta transformação de fase extraordinariamente complexa, que foi descoberto na década de 1940 e é conhecido como a transição de Verwey, foi a primeira transição metal-isolante já observada. Por décadas, os pesquisadores não entenderam exatamente como essa transformação de fase estava acontecendo.

De acordo com um artigo publicado em 9 de março em Física da Natureza , uma equipe internacional de pesquisadores experimentais e teóricos descobriu as impressões digitais das quasipartículas que impulsionam a transição de Verwey na magnetita. Usando um pulso de laser ultracurto, os pesquisadores conseguiram confirmar a existência de ondas eletrônicas peculiares que se congelam na temperatura de transição e começam a "dançar juntas" em um movimento oscilatório coletivo à medida que a temperatura diminui.

"Estávamos investigando o mecanismo por trás da transição de Verwey e de repente encontramos ondas anômalas congelando na temperatura de transição", disse o pós-doutorado em física do MIT Edoardo Baldini, um dos principais autores do artigo. "Eles são ondas feitas de elétrons que deslocam os átomos circundantes e se movem coletivamente como flutuações no espaço e no tempo."

Essa descoberta é significativa porque nenhuma onda congelada de qualquer tipo foi encontrada na magnetita. "Percebemos imediatamente que esses eram objetos interessantes que conspiram para desencadear essa transição de fase muito complexa, "diz a estudante de doutorado em física do MIT, Carina Belvin, o outro autor principal do artigo.

Esses objetos que formam a ordem de carga de baixa temperatura na magnetita são "trímeros, "blocos de construção de três átomos". Ao realizar uma análise teórica avançada, fomos capazes de determinar que as ondas que observamos correspondem aos trímeros deslizando para frente e para trás, "explica Belvin.

"A compreensão de materiais quânticos como a magnetita ainda está em sua infância por causa da natureza extremamente complexa das interações que criam fases exóticas ordenadas, "acrescenta Baldini.

Os pesquisadores sugerem que a maior significância desta descoberta terá impacto no campo da física da matéria condensada fundamental, avançando na compreensão de um quebra-cabeça conceitual que está aberto desde o início dos anos 1940. Este trabalho, liderado pelo professor de física do MIT Nuh Gedik, foi possível pelo uso de "espectroscopia terahertz ultrarrápida, "um aparelho laser avançado baseado em pulsos ultracurtos no infravermelho extremo. Gedik diz, "Esses pulsos de laser têm apenas um milionésimo de um milionésimo de segundo e nos permitem tirar fotos rápidas do mundo microscópico. Nosso objetivo agora é aplicar essa abordagem para descobrir novas classes de ondas coletivas em outros materiais quânticos."

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.