Anel de luz propaga-se sem se desfazer, como se fosse uma partícula

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/02/2023

A luz pode ser moldada em uma estrutura semelhante a um anel de fumaça retorcido.
[Imagem: Y. Shen/Z. Zhu.]

Anéis de luz

No tempo em que havia fumantes era comum ver alguns mais talentosos criarem anéis de fumaça no ar; os golfinhos, por sua vez, criam anéis de bolhas na água.

Essas estruturas de ondas localizadas, que mantêm sua forma conforme se propaga, também já foram documentadas e estudadas em ímãs, sistemas nucleares e na física de partículas. Nestes casos, porém, essas ondas persistentes têm uma grande vantagem em relação aos anéis de fumaça ou de bolhas de ar: Elas podem ser muito resilientes a perturbações, mantendo-se muito estáveis, o que as torna de grande interesse tecnológico.

Um exemplo típico é a textura em nanoescala semelhante a um furacão, que emerge de um campo magnético em materiais magnéticos muito finos. Conhecidas como skyrmions, elas são tão estáveis que se comportam como partículas. Também existem os hopfions, padrões estáveis em forma de rosquinha (ou toroidais) no espaço 3D, permitindo visualizar as distribuições espaciais complexas de várias propriedades de uma onda.

Agora, pela primeira vez, uma equipe de físicos da China e do Reino Unido conseguiu criar padrões similares feitos de luz - ondas de luz com formatos persistentes que permanecem estáveis conforme se propagam.

Essas quasipartículas de luz, cujos formatos podem ser controlados, têm um enorme potencial de aplicações, por exemplo como portadores de informação de próxima geração para transferência de informação óptica de capacidade ultralarga, bem como em tecnologias quânticas.

É mais um membro da família conhecida como "luz estruturada", que está crescendo rapidamente.
[Imagem: Shen et al - 10.1117/1.AP.5.1.015001]

Formas feitas de luz

"Nós relatamos uma nova e muito incomum família de luz estruturada, de sólitons topológicos 3D, os hopfions fotônicos, onde as texturas topológicas e os números topológicos podem ser ajustados livre e independentemente, indo muito além das texturas topológicas fixas de ordem mais baixa descritas anteriormente," disse Yijie Shen, da Universidade de Southampton.

O termo luz estruturada se refere a feixes de luz com formatos 3D, como um nó de luz ou a luz torcida, além de todo um estranho mundo novo da luz que vem sendo descoberto ao longo da última década.

Além de ampliar a largura da banda de comunicações, esses formatos livres de luz estão sendo explorados para manter informações secretas, elevar a criptografia a um outro nível, usar um alfabeto infinito para codificar as informações e, claro, trocar a eletricidade por luz dentro dos computadores.

"Nossos resultados ilustram a imensa beleza das estruturas de luz. Esperamos que eles inspirem novas investigações para aplicações potenciais de configurações topológicas de luz protegida em comunicações ópticas, tecnologias quânticas, interações luz-matéria, microscopia de super-resolução e metrologia," acrescentou Anatoly Zayats, do King's College.

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