Ondas de luz paradas em um cristal prometem novas maneiras de controlar fótons: WebCuriosos
Encontrar novas maneiras de desacelerar ondas fugazes de luz ou até mesmo detê-las pode levar a dispositivos fotônicos mais avançados, como lasers, telas de LED, fibras ópticas e sensores.
Numa armadilha engenhosa feita de um cristal de silício ajustado para se comportar como se estivesse deformado, os cientistas descobriram uma nova forma flexível de fazer com que as ondas de luz fiquem absolutamente imóveis.
A luz pode ser interrompida de algumas maneiras diferentes, como resfriando nuvens de átomos ou até mesmo entrelaçando ondas de luz. Este novo método, da AMOLF e da Delft University of Technology, na Holanda, apresenta vantagens que podem trazer novas aplicações tecnológicas à realidade.
“Este princípio oferece uma nova abordagem para desacelerar os campos de luz e, assim, aumentar a sua força,” diz o físico Ewold Verhagen de AMOLF. “Realizar isso em um chip é particularmente importante para muitas aplicações.”
O trabalho da equipe baseou-se na manipulação de elétrons usando materiais bidimensionais como o grafeno. Num material condutor, os elétrons podem se mover livremente, avançando como uma pequena rodovia. No entanto, a aplicação de um campo magnético pode restringir o movimento dos elétrons a certas energias, conhecidas como Níveis de Landau.
Não são apenas os ímãs que empurram os elétrons para os níveis de Landau. O grafeno bidimensional, que consiste em uma única camada de átomos, também pode fazer isso. Normalmente, o grafeno é condutor; mas se você deformar ou distorcer o grafeno, por exemplo, esticá-lo, poderá confinar os elétrons aos níveis de Landau, transformando o material normalmente condutor em um isolante.
Juntamente com René Barczyk da AMOLF e Kobus Kuipers da Universidade de Delft, Verhagen procurou descobrir se conseguiam encontrar um material que tivesse um efeito semelhante nos fotões ao que o grafeno deformado tem nos electrões.
Agora, a luz pode ser manipulada com um material semelhante ao grafeno, chamado cristal fotônico. E os pesquisadores descobriram que poderiam bloquear as ondas de luz de maneira semelhante.
“Um cristal fotônico normalmente consiste em um padrão regular – bidimensional – de buracos em uma camada de silício. A luz pode se mover livremente neste material, assim como os elétrons no grafeno,” Barczyk explica.
“Quebrar esta regularidade exatamente da maneira correta irá deformar a matriz e, consequentemente, bloquear os fótons. É assim que criamos níveis de Landau para os fótons.”
Os cristais fotônicos em favo de mel da equipe foram capazes de confinar a luz aos níveis de Landau usando um processo que representava diferentes tipos de deformação, como curvatura ou empenamento. E foram ainda capazes de induzir diferentes tipos de deformação em diferentes locais do mesmo material, resultando num cristal fotónico no qual a luz pode fluir livremente em algumas partes, mas fica confinada noutras.
A descoberta requer mais desenvolvimento, mas aproxima os cientistas do controlo preciso da luz em escalas muito pequenas.
“Isso aproxima as aplicações on-chip”, diz Verhagen.
“Se pudermos confinar a luz em nanoescala e pará-la assim, sua força será tremendamente aumentada. E não apenas em um local, mas em toda a superfície do cristal. Essa concentração de luz é muito importante em dispositivos nanofotônicos, por exemplo para o desenvolvimento de lasers eficientes ou fontes de luz quântica.”
A pesquisa da equipe foi publicada em Fotônica da Natureza.
