Acelerar corrente em supercondutores produz luz proibida

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Esta ilustração mostra a aceleração das supercorrentes por ondas de luz, o que dá acesso a uma nova classe de fenômenos quânticos, que poderão ser explorados em computação quântica, detecção e comunicação.
[Imagem: Jigang Wang/Iowa State University]

Luz proibida

Um tipo de luz "que não deveria existir" - segundo as leis conhecidas das física - pode abrir as portas para um mundo ainda desconhecido.

Físicos da Universidade Estadual de Iowa, nos Estados Unidos, descobriram uma forma de acessar propriedades únicas da física quântica ao usar ondas de luz de alta frequência para acelerar a corrente trafegando por supercondutores, materiais que podem conduzir corrente elétrica sem resistência ou perda de energia.

Chirag Vaswani e seus colegas afirmam ter feito os primeiros experimentos para usar pulsos de luz em frequências de terahertz (trilhões de pulsos por segundo) para acelerar elétrons emparelhados, conhecidos como pares de Cooper, que se acredita serem os responsáveis pela supercondutividade.

Após rastrear a luz emitida pelos pares de elétrons acelerados, a equipe encontrou "emissões de luz do segundo harmônico", uma luz com o dobro da frequência de entrada usada para acelerar os elétrons.

"Essas emissões do segundo harmônico deveriam ser proibidas [pelas leis da física tradicional] em supercondutores. Isso vai contra o saber convencional," disse o professor Jigang Wang.

A equipe afirma que essa "luz proibida" é "uma descoberta fundamental para a matéria quântica".

"A luz proibida nos dá acesso a uma classe exótica de fenômenos quânticos - que envolve a energia e as partículas na escala dos átomos - chamadas de precessões proibidas de pseudo-rotação de Anderson," disse Ilias Perakis, membro da equipe.

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10 Grandes Ideias

A equipe usou uma ferramenta chamada espectroscopia quântica de terahertz, que permite visualizar e direcionar o fluxo de elétrons.

O processo empresa pulsos de luz laser a uma taxa de trilhões de pulsos por segundo, energia suficiente para acelerar supercorrentes e, com isso, tentar acessar novos estados quânticos da matéria. Foi justamente aí que veio a surpresa, na forma de harmônicos que não deveriam existir.

"Assim como os transistores gigahertz de hoje e os roteadores sem fio 5G substituíram as válvulas termiônicas há mais de meio século, os cientistas estão buscando um salto adiante nos princípios de projeto e em novos componentes, a fim de alcançar recursos quânticos de computação e comunicação," disse Perakis. "Encontrar maneiras de controlar, acessar e manipular as características especiais do mundo quântico e conectá-las a problemas do mundo real é um grande impulso científico nos dias de hoje. A Fundação Nacional de Ciências incluiu estudos quânticos em suas '10 Grandes Ideias' para futuras pesquisas e desenvolvimentos críticos."

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Bibliografia

Artigo: Terahertz Second-Harmonic Generation from Lightwave Acceleration of Symmetry-Breaking Nonlinear Supercurrents
Autores: Chirag Vaswani, Martin Mootz, Christopher Sundahl, Dinusha Herath Mudiyanselage, Jong-Hoon Kang, Xu Yang, Di Cheng, Chuankun Huang, Richard H. Kim, Zhaoyu Liu, Liang Luo, Ilias E. Perakis, Chang-beom Eom, Jigang Wang
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 124, 207003
DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.207003

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