Pesquisadores testemunharam um superfluido em grafeno interromper seu movimento, transitando para um supersólido — uma fase quântica que combina ordem semelhante à de um sólido com fluxo sem fricção. Este avanço, alcançado em grafeno bilaminar sob condições específicas, desafia suposições antigas sobre matéria quântica. Os achados, publicados na Nature, marcam a primeira observação natural de tal fase sem restrições artificiais.
A matéria quântica frequentemente desafia as expectativas clássicas. Há mais de um século, cientistas descobriram que o hélio em temperaturas ultra-baixas torna-se um superfluido, fluindo sem resistência e exibindo traços estranhos como escalar paredes de recipientes. Por décadas, pesquisadores se perguntaram o que acontece se tal fluido for resfriado ainda mais, potencialmente formando um supersólido: um estado com estrutura cristalina, mas propriedades líquidas. Uma equipe liderada por Cory Dean da Universidade de Columbia e Jia Li da Universidade do Texas em Austin abordou isso em experimentos com grafeno bilaminar. Ao empilhar duas folhas de carbono com um átomo de espessura e ajustar uma com elétrons extras e a outra com lacunas, criaram excitons — quasipartículas que, sob campos magnéticos fortes, atuam coletivamente como um superfluido. Ao ajustarem a densidade de excitons e a temperatura, ocorreu uma mudança inesperada. Em densidades altas, os excitons fluíam livremente. Reduzir a densidade parou o fluxo, transformando o sistema em um isolante — um estado semelhante a sólido. Aumentar a temperatura então reviveu o comportamento superfluido, invertendo transições de fase típicas. «Pela primeira vez, vimos um superfluido sofrer uma transição de fase para se tornar o que parece ser um supersólido», disse Dean. Li acrescentou: «A superfluidez é geralmente considerada o estado fundamental em baixa temperatura. Observar uma fase isolante que derrete em superfluido é inédito. Isso sugere fortemente que a fase de baixa temperatura é um sólido de excitons altamente incomum.» A equipe, incluindo Yihang Zeng (agora na Universidade de Purdue), usou medições de transporte para detectar essas mudanças. Dean observou limitações: «Ficamos para especular um pouco, pois nossa capacidade de interrogar isolantes para um pouco.» Trabalhos futuros exploram outros materiais 2D, onde excitons mais leves podem permitir supersólidos em temperaturas mais altas, sem campos magnéticos. Esta descoberta destaca o papel do grafeno na sondagem de fases quânticas, potencialmente avançando o entendimento de estados de matéria exóticos.