Os fa´nons são vibrações atômicas coletivas, ou quasiparta­culas, que atuam como os principais transportadores de calor em uma rede cristalina. Sob certas circunsta¢ncias, suas propriedades podem ser modificadas por campos elanãtricos ou luz. Mas atéagora, ninguanãm havia notado que eles também podem responder a campos magnanãticos.

Isso pode ser porque épreciso um a­ma£ poderoso.

Cientistas da Rice University, liderados pelo fa­sico Junichiro Kono e pelo pesquisador de pa³s-doutorado Andrey Baydin, desencadearam o efeito inesperado em um cristal semicondutor totalmente não magnético de chumbo e telaºrio (PbTe). Eles expuseram a pequena amostra a um forte campo magnético e descobriram que podiam manipular o modo de fa´non a³ptico "suave" do material .

Diferentemente dos fa´nons acaºsticos que podem ser entendidos como a¡tomos que se movem em sincronia, produzem ondas sonoras e influenciam a condutividade tanãrmica de um material, os fa´nons a³pticos são representados por a¡tomos vizinhos que oscilam em direções opostas e podem ser excitados pela luz; daa­, a etiqueta "a³ptica".

Experimentos revelaram o dicroa­smo circular magnético fona´nico do material, um fena´meno pelo qual campos magnanãticos canhotos excitam fa´nons destros e vice-versa, sob campos magnanãticos relativamente baixos (9 Tesla). (Em comparação, um a­ma£ de geladeira é5 miliTesla, ou 45.000 vezes mais fraco.)

Bombear o campo para 25 Tesla levou a amostra a  divisão de Zeeman, na qual as linhas espectrais se separam como a luz atravanãs de um prisma, mas em um campo magnanãtico, uma caracterí­stica cra­tica em dispositivos de ressonância magnanãtica nuclear. As linhas também exibiram uma mudança geral com o campo magnanãtico. Eles relataram que esses efeitos eram muito mais fortes do que o esperado pela teoria.

"Este trabalho revela uma nova maneira de controlar os fa´nons", disse Kono sobre o estudo, que aparece na Physical Review Letters . “Ninguanãm esperava que os fa´nons pudessem ser controlados por um campo magnanãtico, porque os fa´nons geralmente não respondem a campos magnanãticos, a menos que o cristal seja magnanãtico”.

A descoberta foi possí­vel graças ao RAMBO (o Rice Advanced Magnet with Broadband Optics), um espectra´metro de mesa no laboratório de Kono que permite que os materiais sejam resfriados e expostos a campos magnanãticos elevados. Atingir a amostra com lasers permite aos pesquisadores rastrear o movimento e o comportamento de elanãtrons e a¡tomos dentro do material.

Nesse caso, os a¡tomos alternados reagem de forma diferente sob o conjunto de condições osbaixa temperatura, magnetizado e desencadeado por ondas terahertz osimpostas pelo RAMBO. O espectra´metro detecta a absorção de luz polarizada pelos fa´nons.

"O campo magnético força esses a­ons a oscilar em uma a³rbita circular", disse o coautor Baydin, pesquisador de pa³s-doutorado no laboratório de Kono. "O resultado éque o momento magnético efetivo desses fa´nons émuito grande.

"Nãoháinterações ressonantes entre fa´nons e elanãtrons em campos magnanãticos altos, então éimpossí­vel que os elanãtrons tenham causado a resposta magnanãtica dos fa´nons", disse ele. “O que ésurpreendente éque os pra³prios fa´nons parecem estar respondendo diretamente ao campo magnanãtico, que as pessoas não tinham visto antes e não achavam que fosse possí­vel”.

Kono disse que as aplicações da descoberta ainda precisam ser vistas, mas ele suspeita que seja de interesse para os tecna³logos qua¢nticos. "Acho que essa descoberta surpreendente tem implicações de longo prazo na fona´nica qua¢ntica, porque agora háuma maneira de controlar os fa´nons usando um campo magnético ", disse ele.

Felix Hernandez da Universidade de Sa£o Paulo, Brasil, e Martin Rodriguez-Vega do Laborata³rio Nacional de Los Alamos são coautores principais do artigo. Os coautores são Anderson Okazaki, Paulo Rappl e Eduardo Abramof do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Sa£o Paulo, Brasil; o estudante de pós-graduação em física aplicada Fuyang Tay e o ex-aluno Timothy Noe da Rice; Ikufumi Katayama e Jun Takeda da Yokohama National University, Japa£o; Hiroyuki Nojiri da Universidade de Tohoku, Japa£o; e Gregory Fiete da Northeastern University e do Massachusetts Institute of Technology.