Um feixe de luz vira dois com características completamente diferentes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/02/2026

As metassuperfícies são materiais ultrafinos e passivos, manipulando a luz de formas impossíveis para a óptica atual.
[Imagem: Nanjing University]

Metassuperfície de controle da luz

Duas equipes, trabalhando independentemente, desenvolveram técnicas totalmente novas para mover a luz de modos que não são possíveis hoje, abrindo caminho para tecnologias ópticas de próxima geração, incluindo imagens em cores e sensoriamento multiespectral.

Jiahao Wang e colegas da Universidade Nanjing, na China, usaram uma metassuperfície que recebe um feixe de luz e gera dois outros que se comportam de forma independente, mantendo a nitidez em diversas cores.

Isto permite, por exemplo, fazer com que a luz se curve ou seja focalizada em cada feixe de modo diferente, sem que um interfira no outro.

Os pesquisadores demonstraram o direcionamento estável do feixe e o funcionamento de lentes de foco duplo em amplas faixas de frequência. A técnica pode ser aplicada desde as micro-ondas até a luz visível, abrindo muito o campo possível de aplicações.

A maioria dos projetos de metassuperfícies acromáticas existentes se limita, na prática, a manipular um único spin dos fótons incidentes (os spins podem ser "para cima" ou "para baixo"). Em outros casos, ambos os canais de spin são endereçados, mas forçados a compartilhar o mesmo comportamento de dispersão. Como resultado, não se consegue o controle independente da fase e do atraso de grupo (tempo que a onda leva para percorrer uma distância) para ambos os spins do feixe de luz incidente, algo essencial para sistemas ópticos multicanal e multiplexados.

Os pesquisadores conseguiram isto projetando os meta-átomos de sua metassuperfície para que eles ajustem o retardo de grupo de cada spin. O ajuste de frequência e a rotação estrutural local foram usados ao mesmo tempo para definir a fase, mantendo a diafonia indesejada em níveis baixos.

Ao tratar os dois estados de spin como graus de liberdade genuinamente separados, a abordagem viabiliza sistemas ópticos compactos com múltiplas funções integradas em um único dispositivo. Os pesquisadores também chamam a atenção para o seu método de desenvolvimento, baseado em um processo de design inverso, incluindo algoritmos genéticos e aprendizado profundo - essa mesma abordagem poderá ajudar a acelerar a otimização de outros dispositivos e dar suporte à implantação de sistemas no mundo real.

O foco aqui é o armazenamento e o processamento de informações usando skyrmions.
[Imagem: Li Niu et al. - 10.1364/OPTICA.578501]

Feixes de skyrmions

Li Niu e seus colegas da Universidade Tianjin, por sua vez, construíram uma metassuperfície capaz de produzir dois tipos diferentes de luz em formato de vórtice, uma elétrica e outra magnética.

Esses padrões de luz estruturados, conhecidos como skyrmions, são excepcionalmente estáveis, permanecendo intactos mesmo quando expostos a interferências. Essa resiliência os torna candidatos promissores para a codificação de informações em futuros sistemas de comunicação sem fio.

"A principal inovação reside na metassuperfície não-linear que converte pulsos de laser de femtossegundo no infravermelho próximo em pulsos de luz toroidal de terahertz personalizados," disse Niu.

Esta é a primeira demonstração experimental de skyrmions que podem ser alternados ativamente entre configurações elétricas e magnéticas dentro de pulsos de luz toroidal de terahertz. E é muito vantajoso fazer isto com metassuperfícies, que permitem manipular a luz de maneiras que componentes ópticos convencionais não conseguem, além de serem extremamente finas e passivas.

"Nosso dispositivo não apenas gera mais de um padrão de vórtice em pulsos de terahertz que se propagam no espaço livre, mas também pode ser usado para alternar, sob demanda, entre dois modos usando a mesma plataforma integrada," disse o professor Xueqian Zhang. "Essa controlabilidade é essencial para aplicações reais, onde a seleção e reprodução confiáveis de um estado desejado são cruciais para a codificação prática de informações."

Mais tópicos