Uma equipe de pesquisa polonês-alemã conseguiu criar um cristal de espaço-tempo do tamanho de um micrômetro que consiste em magnons em temperatura ambiente. Com a ajuda do microscópio de transmissão de varredura de raios-X Maxymus em Bessy II em Helmholtz Zentrum Berlin, eles foram capazes de filmar a estrutura de magnetização periódica recorrente em um cristal. Publicado no Cartas de revisão física , o projeto de pesquisa foi uma colaboração entre cientistas do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes em Stuttgart, Alemanha, a Universidade Adam Mickiewicz e a Academia Polonesa de Ciências em Poznań na Polônia.

Ordem no espaço e uma periodicidade no tempo

Um cristal é um sólido cujos átomos ou moléculas estão regularmente organizados em uma estrutura particular. Se alguém olhar para o arranjo com um microscópio, descobre-se um átomo ou uma molécula sempre nos mesmos intervalos. É semelhante com cristais de espaço-tempo:no entanto, a estrutura recorrente não existe apenas no espaço, mas também com o tempo. Os menores componentes estão constantemente em movimento até que, depois de um certo período, eles se organizam novamente no padrão original.

Em 2012, o ganhador do prêmio Nobel de física Frank Wilczek descobriu a simetria da matéria no tempo. Ele é considerado o descobridor dos chamados cristais do tempo, embora, como um teórico, ele os previu apenas hipoteticamente. Desde então, vários cientistas pesquisaram materiais nos quais o fenômeno é observado. O fato de que os cristais espaço-tempo realmente existem foi confirmado pela primeira vez em 2017. No entanto, as estruturas tinham apenas alguns nanômetros de tamanho e se formaram apenas em temperaturas muito frias abaixo de 250 graus Celsius negativos. O fato de os cientistas alemães-poloneses terem conseguido obter imagens de cristais espaço-tempo relativamente grandes de alguns micrômetros em um vídeo em temperatura ambiente é, portanto, considerado inovador. Mas também porque eles foram capazes de mostrar que seu cristal de espaço-tempo, que consiste em magnons, pode interagir com outros magnons que o encontrarem.

Uma experiência excepcional foi bem-sucedida

"Pegamos o padrão regularmente recorrente de magnons no espaço e no tempo, enviou mais magnons, e eles eventualmente se espalharam. Assim, pudemos mostrar que o cristal de tempo pode interagir com outras quasipartículas. Ninguém ainda conseguiu mostrar isso diretamente em um experimento, muito menos em um vídeo, "diz Nick Träger, estudante de doutorado no Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes que, junto com Pawel Gruszecki, é o primeiro autor da publicação.

Em seu experimento, Gruszecki e Träger colocaram uma tira de material magnético em uma antena microscópica, através da qual enviaram uma corrente de radiofrequência. Este campo de microondas desencadeou um campo magnético oscilante, uma fonte de energia que estimulou os magnons na faixa - a quase-partícula de uma onda de spin. As ondas magnéticas migraram para a faixa da esquerda e da direita, condensando-se espontaneamente em um padrão recorrente no espaço e no tempo. Ao contrário das ondas estacionárias triviais, esse padrão foi formado antes mesmo que as duas ondas convergentes pudessem se encontrar e interferir. O padrão, que regularmente desaparece e reaparece por conta própria, deve, portanto, ser um efeito quântico.

Gisela Schütz, Diretor do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes que chefia o Departamento de Sistemas Magnéticos Modernos, destaca a singularidade da câmera de raios-X:"Ela não só pode tornar as frentes de onda visíveis com resolução muito alta, que é 20 vezes melhor do que o melhor microscópio óptico. Ele pode até fazer isso em até 40 bilhões de quadros por segundo e também com uma sensibilidade extremamente alta a fenômenos magnéticos. "

"Pudemos mostrar que esses cristais de espaço-tempo são muito mais robustos e difundidos do que se pensava, "diz Pawel Gruszecki, um cientista da Faculdade de Física da Universidade Adam Mickiewicz em Poznań. "Nosso cristal se condensa à temperatura ambiente e as partículas podem interagir com ele - ao contrário de um sistema isolado. atingiu um tamanho que poderia ser usado para fazer algo com este cristal magnônico de espaço-tempo. Isso pode resultar em muitas aplicações potenciais. "

Joachim Gräfe, ex-líder de grupo de pesquisa no Departamento de Sistemas Magnéticos Modernos e último autor da publicação, conclui:"Os cristais clássicos têm um campo de aplicações muito amplo. Agora, se os cristais podem interagir não apenas no espaço, mas também no tempo, adicionamos outra dimensão de possíveis aplicações. O potencial de comunicação, radar ou tecnologia de imagem é enorme. "