Foi criado um novo tipo de cristal do tempo que faz coisas interessantes à luz: WebCuriosos
Os cientistas ainda estão se familiarizando com os detalhes de materiais estranhos conhecidos como cristais do tempo; estruturas que vibram com movimento pela eternidade. Agora, uma nova variedade pode ajudar a aprofundar a nossa compreensão do desconcertante estado da matéria.
Assim como os cristais regulares são átomos e moléculas que se repetem ao longo de um volume de espaço, os cristais do tempo são coleções de partículas que seguem padrões ao longo de um período de tempo de maneiras que inicialmente parecem desafiar a ciência.
Teorizado em 2012 antes de ser observado em laboratório pela primeira vez apenas quatro anos depois, os pesquisadores têm estado ocupados mexendo nas estruturas para sondar fundamentos mais profundos da física de partículas e descobrir aplicações potenciais.
Neste último estudo, foi criado um novo tipo de cristal do tempo “fotônico”. Operando em frequências de micro-ondas, é capaz de purificar e amplificar ondas eletromagnéticas, prometendo aplicações futuras em sistemas de comunicação sem fio, desenvolvimento de laser e circuitos eletrônicos.
“Em um cristal fotônico do tempo, os fótons estão dispostos em um padrão que se repete ao longo do tempo”, diz autor principal Xuchen Wang, nanoengenheiro do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha.
“Isso significa que os fótons no cristal estão sincronizados e coerentes, o que pode levar a interferência construtiva e amplificação da luz”.
Além disso, a equipe de pesquisa descobriu que as ondas eletromagnéticas que viajam pelas superfícies podem ser amplificadas, assim como as ondas do ambiente circundante.
No centro da pesquisa está uma abordagem 2D baseada em folhas ultrafinas de materiais artificiais conhecidas como metassuperfícies. Anteriormente, a investigação sobre cristais fotónicos do tempo era feita através de materiais 3D: fabricar e estudar estes materiais é extremamente difícil para os cientistas, mas a mudança para 2D significa um caminho mais rápido e fácil para a experimentação – e para descobrir como estes cristais podem ser aplicados em configurações do mundo real.
Embora sejam mais simples do que as estruturas 3D completas, partilham algumas características importantes com os cristais fotónicos do tempo e podem imitar o seu comportamento – incluindo a forma como interagem com a luz. É a primeira vez que se demonstra que cristais fotônicos do tempo amplificam a luz dessa maneira específica e de forma tão significativa.
“Descobrimos que reduzir a dimensionalidade de uma estrutura 3D para uma estrutura 2D tornou a implementação significativamente mais fácil, o que tornou possível concretizar cristais fotônicos de tempo na realidade,” diz Wang.
Embora as aplicações no mundo real ainda estejam um pouco distantes, a abordagem de usar metassuperfícies 2D como forma de produzir e examinar cristais de tempo fotônico tornará esse tipo de pesquisa muito mais simples no futuro.
A descoberta da amplificação de ondas electromagnéticas ao longo de superfícies, por exemplo, poderia eventualmente ajudar a melhorar os circuitos integrados encontrados em todo o lado, desde telefones a automóveis: a comunicação dentro destes circuitos seria potencialmente mais rápida e fluida.
Depois, há as comunicações sem fio, que podem sofrer com a queda do sinal ao longo da distância (é por isso que talvez você não consiga obter Wi-Fi no topo da sua casa). O revestimento de superfícies com cristais de tempo fotônico 2D promete melhorar esta situação.
“Quando uma onda de superfície se propaga, ela sofre perdas materiais e a intensidade do sinal é reduzida”, diz o físico Viktar Asadchy, da Universidade Aalto, na Finlândia.
“Com cristais de tempo fotônico 2D integrados ao sistema, a onda de superfície pode ser amplificada e a eficiência da comunicação aumentada.”
A pesquisa foi publicada em Avanços da Ciência.
