Metamaterial não-linear faz o milagre da multiplicação da luz

Com informações do LBL - 09/01/2014

[Imagem: Haim Suchowski et al./Science]

Incompatibilidade de fase

Os metamateriais se superaram de novo: acaba de ser criado um metamaterial com um índice de refração zero capaz de gerar "luz não-linear livre de incompatibilidade de fase".

O nome complicado significa que as ondas de luz que se movem pelo material ganham força em todas as direções.

Esta qualidade "livre de incompatibilidade de fase" é promissora para a computação quântica e para a transmissão de dados entre computadores, além de futuras fontes de luz com base na óptica não-linear.

Os metamateriais se tornaram famosos e úteis justamente por poderem apresentar um índice de refração negativo, a capacidade para curvar a luz em direção à fonte, ao contrário dos materiais encontrados na natureza, que sempre curvam a luz para longe da fonte.

Usando essa propriedade, a equipe do professor Xiang Zhang, dos Laboratórios Berkeley, nos Estados Unidos, já havia criado um laser plasmônico, forçado a luz a fazer curvas em U, construído uma lente de Luneburg e várias outras peripécias.

Agora, ele e seu grupo se concentraram nas propriedades não-lineares dos metamateriais, abordando a óptica não-linear - fenômenos que ocorrem quando interações com a luz modificam as propriedades de um material.

Óptica não-linear

"Os fenômenos da óptica não-linear desempenham papéis importantes em ciências dos materiais, física e química," explica o professor Zhang. "A conversão de frequência, onde fótons de diferentes energias se fundem ou se dividem, é uma aplicação especialmente importante da óptica não-linear, permitindo a geração de novas fontes de luz."

Um índice de refração negativo pode dar origem a muitos fenômenos exóticos.
[Imagem: Andrei Pimenov]

O problema é que é muito difícil obter e manter esses processos por causa do problema da incompatibilidade de fases - em vez de gerar uma nova cor, a interação de um laser com o material leva à reabsorção dos fótons, anulando todos os esforços.

Foi Haim Suchowski, membro da equipe de Zhang, quem idealizou um metamaterial cuja estrutura impede a reabsorção dos fótons gerados anteriormente, anulando a interferência destrutiva.

Ele testou seu metamaterial utilizando uma técnica chamada mistura de quatro ondas, quando três feixes de luz se misturam em um meio não-linear para criar um quarto feixe de luz - essa técnica já foi usada, por exemplo, para fazer informações quânticas trafegarem por fibras ópticas comuns.

Como resultado, foram geradas quantidades iguais de ondas tanto para a frente quanto para trás.

Segundo os pesquisadores, livrar-se da incompatibilidade de fases irá proporcionar um novo grau de liberdade em seus experimentos.

"Além da geração de fótons entrelaçados, poderemos gerar outros efeitos exóticos, como o espalhamento Raman coerente bidirecional para aplicações de sensoriamento remoto," disse Kevin O'Brien, outro membro da equipe.

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