Luz esculpida com som impactará das telas comuns à holografia 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/09/2025

É tudo ultraminiaturizado, o que torna a solução adequada para todas as tecnologias de imagem e fotônicas em geral.
[Imagem: Skyler P. Selvin et al. - 10.1126/science.adv1728]

Esculpindo a luz

Esculpir a luz, torcendo a luz ou formando nós, criando cristais de luz e até mesmo formas 3D "vivas" de luz, tornou-se uma linha promissora de pesquisas não apenas por curiosidade científica, mas por suas inúmeras aplicações práticas.

Skyler Selvin e colegas da Universidade de Stanford criaram agora uma nova ferramenta para a oficina, desenvolvendo uma técnica que usa o som para manipular a luz.

Ao permitir um controle preciso sobre a cor e a intensidade da luz, tudo de forma mecânica, a nova técnica deverá ter amplas implicações em campos que vão desde telas de computador e realidade virtual até imagens holográficas 3D, comunicações ópticas e novas redes neurais fotônicas ultrarrápidas.

Além do controle acústico, o segredo está em confinar a luz em espaços muito pequenos, com apenas alguns nanômetros de diâmetro. Assim, embora não seja o primeiro experimento a manipular a luz com som, ele é o menor e, por isso, potencialmente mais prático do que os métodos anteriores, já que poderá ser integrado na escala de chip.

"Nesse espaço estreito, a luz é comprimida com tanta força que até o menor movimento a afeta significativamente," explicou Selvin. "Estamos controlando a luz com comprimentos na escala nanométrica, enquanto normalmente milímetros são necessários para modular a luz acusticamente" - apenas lembrando, sair do milímetro e chegar ao nanômetro representa uma redução nas dimensões de um milhão de vezes.

Esquema de operação da configuração dos campos de luz usando ondas sônicas.
[Imagem: Skyler P. Selvin et al. - 10.1126/science.adv1728]

Manipulando a luz com som

Usar ondas acústicas para manipular a luz é interessante porque as ondas sonoras podem vibrar muito rápido, bilhões de vezes por segundo. Infelizmente, os deslocamentos atômicos produzidos pelas ondas acústicas são extremamente pequenos - cerca de 1.000 vezes menores do que o comprimento de onda da luz. Assim, os dispositivos acústico-ópticos tipicamente são grandes e grossos, para amplificar o minúsculo efeito do som. O problema é que eles ficam grandes demais para o mundo nanométrico da tecnologia atual.

"Em óptica, grande é sinônimo de lentidão. Portanto, a pequena escala deste nosso dispositivo o torna muito rápido," disse o professor Mark Brongersma.

E miniaturizar o dispositivo tornou-o incrivelmente simples: Um espelho de ouro muito fino revestido com uma camada também ultrafina de um polímero à base de silicone, com a textura de borracha, com apenas alguns nanômetros de espessura. Para comparação, enquanto a camada de silicone tem espessuras entre 2 e 10 nanômetros, o comprimento de onda da luz que é manipulada é de quase 500 nanômetros.

Entra em ação então a parte ativa do experimento, um tipo especial de alto-falante ultrassônico - um transdutor interdigitado - que envia ondas sonoras de alta frequência que ondulam através do filme a quase um bilhão de vezes por segundo.

As ondas sonoras de alta frequência (ondas acústicas de superfície) percorrem a superfície do espelho de ouro sob as nanopartículas, enquanto o polímero elástico funciona como uma mola, esticando e comprimindo enquanto as nanopartículas oscilam para cima e para baixo conforme as ondas sonoras passam. A luz fica comprimida nas lacunas oscilantes entre as nanopartículas de ouro e o filme de ouro.

O curioso é que as lacunas mudam de tamanho no equivalente a alguns átomos, mas isso é suficiente para produzir um efeito descomunal na luz - uma minúscula variação nas lacunas determina a cor da luz que ressoa em cada nanopartícula. Para controlar isso, basta modular a onda acústica e, assim, controlar a cor e a intensidade de cada partícula.

O nível de manipulação da luz alcançado surpreendeu os cientistas.
[Imagem: Skyler P. Selvin et al. - 10.1126/science.adv1728]

Grande efeito com grandes aplicações

Trabalhando com luz branca, o resultado é uma série de nanopartículas multicoloridas e cintilantes contra um fundo preto, como estrelas cintilando no céu noturno. Qualquer luz que não incida sobre uma nanopartícula é refletida para fora do campo de visão pelo espelho, e apenas a luz espalhada pelas partículas é direcionada para fora, em direção ao olho humano. Assim, o espelho dourado parece preto e cada nanopartícula dourada brilha como uma estrela.

O grau de modulação óptica surpreendeu os pesquisadores. "Achei que seria um efeito muito sutil, mas fiquei impressionado com o quanto mudanças nanométricas na distância podem alterar as propriedades de espalhamento da luz de forma tão drástica," disse Brongersma.

A excepcional capacidade de ajuste, a pequena dimensão e a eficiência do novo dispositivo podem transformar inúmeros setores comerciais. Podemos imaginar telas de vídeo ultrafinas, comunicações ópticas ultrarrápidas baseadas nas capacidades de alta frequência da acusto-óptica, ou talvez novos óculos de realidade virtual holográficos muito menores do que as telas volumosas de hoje, entre outras aplicações.

"Quando podemos controlar a luz de forma tão eficaz e dinâmica," disse Brongersma, "podemos fazer tudo o que quisermos com a luz: holografia, direcionamento de feixe, exibições 3D, qualquer coisa."

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