Em 30 de outubro de 2025, um estudo publicado na revista Nature Physics mostra que a estrutura em camadas de materiais bidimensionais pode formar naturalmente cavidades ópticas, oferecendo uma nova perspectiva para compreender a origem de fases quânticas, como a superconductividade. A equipe conjunta da Universidade de Columbia e do Instituto Max Planck utilizou uma nova técnica de espectroscopia terahertz para observar o acoplamento entre luz e elétrons nos materiais bidimensionais.

James McIver, professor assistente de física da Universidade de Columbia, afirmou: “Descobrimos camadas de controle ocultas em materiais quânticos e abrimos um caminho para moldar a interação entre luz e matéria, o que nos ajuda a entender fases exóticas da matéria e, eventualmente, a desenvolver futuras tecnologias quânticas.” A equipe utilizou um espectrômetro terahertz em escala de chip, comprimindo o comprimento de onda da luz de 1 milímetro para 3 micrômetros, superando o desafio técnico de estudar materiais bidimensionais com escalas muito menores que o comprimento de onda da detecção.

Pela primeira vez, os experimentos observaram ondas estacionárias de plasmon exciton formadas por reflexões nas bordas do grafeno. Gunda Kipp, doutorando do Instituto Max Planck, explicou: “A luz pode se acoplar aos elétrons, formando quasipartículas híbridas de luz-matéria. Essas quasipartículas se movem como ondas e, sob certas condições, podem ser confinadas, assim como ondas estacionárias em uma corda de guitarra produzem uma nota única.” A pesquisa confirmou que cada camada intermediária em estruturas multicamadas de materiais bidimensionais pode formar cavidades naturais, e os plasmons exciton entre cavidades adjacentes interagem fortemente.

A descoberta revelou uma dimensão de controle anteriormente desconhecida em sistemas de materiais bidimensionais. Hop Bretscher, pesquisador pós-doutoral, comentou: “O projeto teve um pouco de caráter acidental. Não esperávamos ver esses efeitos de cavidade, mas estamos animados por poder usá-los para controlar fenômenos em materiais quânticos.” O modelo teórico analítico desenvolvido pela equipe requer apenas alguns parâmetros geométricos para prever as propriedades do material, oferecendo um novo método para projetar materiais quânticos com desempenho específico.

A nova técnica de espectroscopia terahertz fornece uma plataforma versátil para estudar oscilações de quasipartículas em materiais bidimensionais. Atualmente, a equipe realiza medições simultâneas em novas amostras em Hamburgo e Nova York, explorando ainda mais os mecanismos de controle de cavidades naturais em diferentes sistemas de materiais quânticos.