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Nanotecnologia

Laser de som usa luz para fazer matéria vibrar com coerência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/04/2019

Laser de som explora interação entre luz e matéria
Luz e som misturam-se nessa tecnologia de laser fonônico.
[Imagem: Pettit et al. - 10.1038/s41566-019-0395-5]

Laser acústico

Só muito recentemente os físicos começaram a discutir a viabilidade de se construir um laser de som, mas os primeiros protótipos já estão saindo do forno.

Um laser acústico - ou laser fonônico (de fônons) - é um dispositivo que dispara ondas acústicas coerentes, da mesma forma que um laser dispara ondas de luz coerentes. Por enquanto é tudo em escala diminuta, mas a manipulação simultânea de luz e som já está permitindo coisas como sensores que detectam cheiros pelo som da luz e versões acústicas das pinças ópticas para capturar partículas microscópicas.

Robert Pettit, do Instituto de Tecnologia e da Universidade de Rochester, nos EUA, criou um laser de fônons usando uma nanopartícula levitada por luz, usando a técnica das pinças ópticas que levaram o Nobel de Física do ano passado.

Vibrações laser

A nanopartícula é levitada contra a gravidade pela força de radiação da luz no foco de um feixe de laser.

O pulo do gato está em aproveitar as minúsculas vibrações mecânicas (fônons) dessa nanopartícula. Um fônon é um quantum de energia associado a uma onda sonora, e as pinças ópticas permitem ir aos limites dos efeitos quânticos - aproveitando interações únicas -, ao mesmo tempo em que elimina distúrbios físicos do ambiente circundante.

"Medir a posição da nanopartícula detectando a luz que ela dispersa e alimentando essa informação de volta ao feixe da pinça nos permite criar uma situação semelhante à do laser. As vibrações mecânicas tornam-se intensas e caem em perfeita sincronia, exatamente como as ondas eletromagnéticas que emergem de um laser óptico," disse o professor Mishkat Bhattacharya.

Em um laser de luz comum, as propriedades da luz de saída são controladas pelo material do qual o laser é feito. Curiosamente, no laser acústico os papéis da luz e da matéria se invertem - o movimento da partícula material agora é governado pelo feedback óptico.

Laser de som explora interação entre luz e matéria
Uma nanopartícula levitada por luz é a chave para a geração da ondas sonoras coerentes.
[Imagem: A. Nick Vamivakas/Michael Osadciw/Universidade de Rochester]

Múltiplas aplicações

Como as ondas acústicas emergem em sincronia, o feixe pode percorrer uma grande distância sem se espalhar em todas as direções, como acontece com um alto-falante, por exemplo.

"Estamos muito animados para ver quais serão os usos desse dispositivo - especialmente para sensoriamento e processamento de informações, já que o laser óptico tem tantas aplicações e ainda em evolução," disse Bhattacharya.

O laser sonoro promete também viabilizar pesquisas da física quântica fundamental, incluindo a engenharia do famoso experimento mental do gato de Schrodinger, que pode existir em dois lugares simultaneamente.

Bibliografia:

Artigo: An optical tweezer phonon laser
Autores: Robert M. Pettit, Wenchao Ge, P. Kumar, Danika R. Luntz-Martin, Justin T. Schultz, Levi P. Neukirch, M. Bhattacharya, A. Nick Vamivakas
Revista: Nature Photonics
DOI: 10.1038/s41566-019-0395-5






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