Efeitos quânticos estão viabilizando materiais tudo em um

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/08/2026

Acoplamento éxciton-magnetismo ajustável em ímãs de van der Waals 2D.
[Imagem: Pratap Chandra Adak et al. - 10.1038/s41563-026-02636-0]

Quasipartículas em materiais 2D

Se os materiais quânticos - materiais cujas propriedades e comportamento são ditados pelas leis da mecânica quântica - já não fossem revolucionários o suficiente, está emergindo agora uma nova fronteira na área: Materiais atomicamente finos nos quais luz, magnetismo e carga elétrica estão fortemente interligados.

Esse campo em rápida evolução promete viabilizar tecnologias optoeletrônicas e quânticas de próxima geração, explorando a dinâmica acoplada da luz, da carga elétrico e do spin (magnetismo), que pode ser encontrada em alguns materiais atomicamente finos, ou materiais de van der Waals.

Os materiais mais estudados até agora são semicondutores magnéticos, nos quais operam excitações eletrônicas geradas pela luz, conhecidas como éxcitons, que interagem com a ordem magnética e com ondas de spin, conhecidas como mágnons. Os éxcitons se formam quando a luz excita um elétron dentro do material, deixando para trás uma lacuna carregada positivamente. O elétron e a lacuna permanecem ligados como uma partícula eletricamente neutra, porém opticamente ativa. Os mágnons, por sua vez, são ondulações coletivas na ordem magnética do material.

"Nesses materiais, a luz e o magnetismo não operam mais como canais separados," detalha Pratap Adak, da Universidade Cidade de Nova York, nos EUA. "Um éxciton não é apenas uma excitação passiva induzida pela luz que se sobrepõe ao magnetismo; ele pode detectar a ordem de spin e os mágnons e, sob as condições certas, até mesmo ajudar a controlar o próprio estado magnético."

Há tempos os pesquisadores tentam combinar a óptica dos semicondutores ricos em éxcitons com o magnetismo, por exemplo adicionando átomos magnéticos a semicondutores, ou depositando semicondutores ultrafinos sobre materiais magnéticos. Os semicondutores magnéticos de van der Waals oferecem uma via mais intrínseca: Os éxcitons e os momentos magnéticos podem surgir dos mesmos orbitais eletrônicos dentro do cristal, permitindo que a luz e o magnetismo interajam diretamente.

O princípio de tudo está em um forte acoplamento entre luz e matéria observado nesses materiais emergentes.
[Imagem: Pratap Chandra Adak et al. - 10.1038/s41563-026-02636-0]

Primeiros resultados

Até agora, as plataformas experimentais permitiram detectar diversos fenômenos emergindo nesses ímãs bidimensionais.

Os éxcitons podem intensificar fortemente os efeitos magneto-ópticos, permitindo a leitura de estados magnéticos por meio de mudanças na polarização da luz, com demonstrações que incluem memórias magneto-ópticas, computação magnética e até uma inusitada técnica para direcionar o calor.

A ordem magnética permite ajustar as energias dos éxcitons e o confinamento espacial, enquanto o acoplamento éxciton-mágnon pode conectar sinais ópticos à dinâmica magnética em velocidades na faixa dos gigahertz.

E há ainda os éxciton-polaritons, partículas híbridas de luz e matéria que podem transportar informações ópticas através de um material e fazer computação só com luz.

"Nos últimos anos, este campo evoluiu da detecção de magnetismo em cristais ultrafinos para a exploração ativa de como a ordem magnética pode controlar as interações entre luz e matéria," disse o professor Vinod Menon, cuja equipe já usou esses materiais para demonstrar um LED de quasipartícula meio matéria e meio luz, além de demonstrar como aprisionar a luz dentro de um material magnético.

Interação dos éxcitons com estados fundamentais magnéticos.
[Imagem: Pratap Chandra Adak et al. - 10.1038/s41563-026-02636-0]

Falta teoria e prática

Entre as possibilidades futuras de uso dessas tecnologias de luz e magnetismo interconectados, a equipe cita memória e leitura magneto-fotônica, lógica totalmente óptica, dispositivos emissores de luz sintonizáveis, lasers magneto-ópticos, dispositivos polaritônicos e transdutores quânticos, que são dispositivos que convertem sinais entre frequências de micro-ondas e ópticas para as futuras redes quânticas.

Mas transformar essas possibilidades em dispositivos práticos ainda exigirá bastante trabalho. A maioria dos materiais experimentais ainda não foi adequadamente caracterizada, e ainda não existem nem mesmo ferramentas teóricas capazes de descrever e prever como os éxcitons, spins, vibrações da rede cristalina (fônons) e fótons interagem simultaneamente em cada material em particular.

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