Manipular matéria com luz é muito mais promissor do que cientistas pensavam

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/09/2025

Ciência e arte: Ilustração do fenômeno da física conhecido como "estados de Floquet", que agora foi observado no grafeno pela primeira vez. A ilustração mostra a estrutura eletrônica tridimensional do grafeno - conhecida como cones de Dirac - e suas réplicas criadas pela luz.
[Imagem: Lina Segerer (www.linasegerer.de)]

Efeito Floquet

O grafeno anda meio sumido porque, embora promissor em uma variedade de áreas - telas flexíveis, sensores, baterias potentes, células solares etc -, é muito difícil fabricar grafeno em escala industrial.

Mas, ainda que não faltassem motivos para investir nisso, agora há mais um: É possível manipular as propriedades dos materiais bidimensionais usando apenas luz, o que leva seu potencial de aplicações tecnológicas e científicas para um nível completamente novo.

Pesquisadores das universidades de Gottingen (Alemanha) e Friburgo (Suíça) observaram diretamente os efeitos Floquet pela primeira vez, e fizeram isto usando o grafeno. Esses efeitos permitem nada menos do que controlar a matéria usando a luz.

A demonstração também resolve um debate de longa data entre os físicos, que acreditavam que a engenharia Floquet - um método no qual as propriedades de um material são alteradas com alta precisão usando pulsos de luz - não funcionaria em materiais metálicos e semimetálicos, como o grafeno.

Assim, esta comprovação coloca na mira dos cientistas toda a família de materiais bidimensionais (2D), ou materiais de van der Waals - hoje já sabemos que há todo um universo de materiais unidimensionais, recentemente enriquecido com os metais 2D.

Engenharia de Floquet demonstrada no grafeno.
[Imagem: Marco Merboldt et al. - 10.1038/s41567-025-02889-7]

Materiais controlados pela luz

Os pesquisadores utilizaram microscopia de momento de femtossegundos para investigar experimentalmente os estados de Floquet no grafeno. Nessa técnica, as amostras são primeiramente excitadas com flashes rápidos de luz e, em seguida, examinadas com um pulso de luz retardado, para rastrear processos dinâmicos no material.

"Nossas medições comprovam claramente que os 'efeitos Floquet' ocorrem no espectro de fotoemissão do grafeno," disse o professor Marco Merboldt. "Isso deixa claro que a engenharia de Floquet realmente funciona nesses sistemas - e o potencial dessa descoberta é enorme."

De fato, isto mostra que a engenharia de Floquet funciona em uma variedade de materiais muito maior do que se pensava. Em termos práticos, isso significa que o objetivo longamente sonhado de projetar novos materiais com propriedades específicas, e fazer isso usando pulsos de laser, em um tempo extremamente curto, está se aproximando, dizem os pesquisadores.

Configurar materiais dessa maneira para aplicações específicas pode formar a base para a eletrônica, os computadores e a tecnologia de sensores do futuro.

"Nossos resultados abrem novas maneiras de controlar estados eletrônicos em materiais quânticos com luz. Isso pode levar a tecnologias nas quais os elétrons são manipulados de forma direcionada e controlada," disse o professor Stefan Mahias, membro da equipe. "O que é particularmente interessante é que isso também nos permite investigar propriedades topológicas. Essas são propriedades especiais e muito estáveis, com grande potencial para o desenvolvimento de computadores quânticos confiáveis ou novos sensores para o futuro," acrescentou seu colega Marcel Reutzel.

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