Engenheiros da Universidade de Stanford descobriram que o titanato de estrôncio, um material comum, exibe propriedades ópticas e mecânicas superiores em temperaturas criogênicas próximas ao zero absoluto. Esse avanço pode impulsionar a computação quântica, lasers e exploração espacial ao permitir dispositivos de alto desempenho em frio extremo. As descobertas, publicadas na Science, destacam as capacidades não lineares e piezoelétricas do material que superam alternativas existentes.
O titanato de estrôncio (STO) foi ignorado por muito tempo como uma substância barata e abundante, frequentemente usada como substituto de diamante em joias ou como substrato para outros materiais. No entanto, uma nova pesquisa da Universidade de Stanford revela seu desempenho excepcional em condições criogênicas, desafiando as expectativas para a maioria dos materiais que enfraquecem perto do zero absoluto.
Em um estudo publicado na Science em 8 de novembro de 2025 (volume 390, número 6771, página 394; DOI: 10.1126/science.adx8657), os pesquisadores testaram o STO a 5 Kelvin (-450°F). Sua resposta óptica não linear provou ser 20 vezes maior que o niobato de lítio, o principal material óptico não linear, e quase o triplo do titanato de bário, o benchmark criogênico anterior. "O titanato de estrôncio tem efeitos eletro-ópticos 40 vezes mais fortes que o material eletro-óptico mais usado hoje. Mas ele também funciona em temperaturas criogênicas, o que é benéfico para construir transdutores e interruptores quânticos que são gargalos atuais nas tecnologias quânticas," disse a autora sênior Jelena Vuckovic, professora de engenharia elétrica na Stanford.
Os efeitos eletro-ópticos do material permitem mudanças dramáticas na frequência, intensidade, fase e direção da luz quando um campo elétrico é aplicado. Como substância piezoelétrica, o STO expande e contrai em resposta a campos elétricos, tornando-o adequado para componentes eletromecânicos em vácuos espaciais ou sistemas de combustível de foguetes. "Em baixa temperatura, não só o titanato de estrôncio é o material óptico mais ajustável eletricamente que conhecemos, mas também é o material mais ajustável piezoeletricidade," observou o coautor principal Christopher Anderson, agora na Universidade de Illinois, Urbana-Champaign.
Para aprimorar a ajustabilidade, a equipe substituiu átomos de oxigênio por isótopos mais pesados, adicionando dois nêutrons a exatamente 33 por cento deles, aumentando o desempenho por um fator de quatro e aproximando-se da criticidade quântica. "O STO não é particularmente especial. Não é raro. Não é caro," acrescentou o coautor principal Giovanni Scuri, um bolsista de pós-doutorado no laboratório de Vuckovic.
Financiado em parte pela Samsung Electronics e pela divisão de computação quântica do Google, a pesquisa abre caminho para a fabricação em escala de wafer de dispositivos criogênicos como interruptores quânticos baseados em laser. Colaboradores incluem Aaron Chan e Lu Li da Universidade de Michigan, juntamente com Sungjun Eun, Alexander D. White, Geun Ho Ahn, Amir Safavi-Naeini, Kasper Van Gasse e Christine Jilly das Stanford Nano Shared Facilities. A equipe visa desenvolver dispositivos totalmente funcionais baseados nas propriedades do STO.