Energia

Luz se propaga como se o espaço tivesse sumido

Luz se propaga como se o espaço tivesse sumido
As camadas de materiais com índices de refração negativo e positivo anulam as alterações de fase da luz, que emerge como se não tivesse passado por lugar nenhum. [Imagem: Nicoletta Barolini]

O espaço sumiu

Um grupo internacional de cientistas construiu uma nanoestrutura óptica que permite que a luz passe através dela sem nenhuma mudança de fase.

É como se o meio no qual a luz está viajando não existisse no espaço.

Se já é difícil para a intuição humana imaginar a eternidade - o não-tempo, que é muito diferente de um tempo muito longo - é praticamente impossível abstrair inteiramente do espaço, imaginando algo que não esteja em lugar nenhum.

Foi mais ou menos isso que os pesquisadores fizeram, criando um "não-espaço" para que a luz viaje sem qualquer distorção - e não imagine que seja algo tão simples quanto o vácuo, que está sempre espacialmente circunscrito.

E o dispositivo poderá ter aplicações práticas, podendo ser útil no campo da optoeletrônica, por exemplo, como uma forma de transportar sinais ópticos evitando qualquer distorção.

Metamaterial fotônico

Sempre que a luz viaja, qualquer que seja o meio que ela esteja atravessando, ela sofre uma mudança de fase, na medida que suas oscilações individuais se tornam defasadas umas em relação às outras.

Em algumas aplicações ópticas - por exemplo, nos interferômetros - essas variações de fase causam uma dispersão de frequências, levando a distorções de fase que, em última instância, reduzem a qualidade do sinal.

Agora os pesquisadores descobriram uma forma de controlar a dispersão da luz, usando um metamaterial, o mesmo tipo de estrutura artificial usada para fazer os mantos de invisibilidade.

O aparelho inclui cristais fotônicos com um índice negativo de refração, algo que não ocorre na natureza, mas que se tornou bastante comum com o advento dos metamateriais.

Esses cristais fotônicos artificiais são alternados com cristais comuns, com índice de refração positiva. Cada camada tem cerca de dois micrômetros de espessura.

Luz se propaga como se o espaço tivesse sumido
Esquema do comportamento da luz no interior do metamaterial, contido dentro de um interferômetro Mach-Zehnder. [Imagem: UCL]

A luz que atravessa o material através do cristal fotônico flui na direção oposta do fluxo de energia.

O resultado é que a fase da luz continua oscilando quando sai do dispositivo, mas com uma mudança de fase de soma zero - o que equivale dizer, sem alteração de fase, como se a luz não tivesse atravessado meio nenhum.

Retardo de fase zero

"O que nós vimos é que a luz se dispersa através do material como se o espaço interior não estivesse lá," comenta o Dr. Serdar Kocaman, da Universidade de Colúmbia. "A fase oscilatória da onda eletromagnética nem mesmo avança como se estivesse no vácuo - é isso o que chamamos de retardo de fase zero."

O dispositivo foi fabricado usando pastilhas de silício, como as usadas na fabricação de processadores e outros chips, o que significa que ele poderá ser integrado em circuitos optoeletrônicos.

"Nós agora podemos controlar o fluxo da luz, a coisa mais rápida que conhecemos," comenta Chee Wei Wong, principal autor da descoberta. "Isso pode permitir [a criação de] feixes de luz autofocantes, antenas altamente direcionais, e até mesmo uma outra abordagem para encobrir ou ocultar objetos."

Bibliografia:

Zero phase delay in negative-refractive-index photonic crystal superlattices
S. Kocaman, M. S. Aras, P. Hsieh, J. F. McMillan, C. G. Biris, N. C. Panoiu, M. B. Yu, D. L. Kwong, A. Stein, C. W. Wong
Nature Photonics
Vol.: 5, Pages: 499-505 (2011)
DOI: 10.1038/nphoton.2011.129




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