Rotatum óptico: Luz espirala seguindo matemática da natureza

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/05/2025

A espiral logarítmica do rotatum óptico segue um padrão encontrado frequentemente na natureza, como nas conchas dos náutilos.
[Imagem: Capasso Lab/Harvard SEAS]

Luz fazendo ginástica

As possibilidades de torcer a luz, de dar nós na luz, de fazer a luz em forma de rosquinha - enfim, de esculpir a luz - ainda são pouco conhecidas do público, mas já estão sendo usadas em várias tecnologias no campo das comunicações e da computação.

E agora temos mais uma ferramenta no arsenal: Criar feixes de luz em formato de parafuso, mais conhecidos como vórtices ópticos, que não apenas torcem enquanto viajam, mas que também mudam em diferentes partes em velocidades diferentes, criando padrões únicos de luz no espaço 3D.

A maneira como a luz se comporta nesses vórtices assemelha-se a formas espirais comuns na natureza, como nas conchas dos moluscos conhecidos como náutilos, nas disposição das sementes de girassol e até nos galhos das árvores.

Os pesquisadores se basearam na mecânica clássica para batizar seu vórtice de luz, nunca antes demonstrado, de "rotatum óptico", para descrever como o torque no formato de saca-rolhas da luz muda gradualmente - na física newtoniana, rotatum é a taxa de variação do torque de um objeto ao longo do tempo.

"Este é um novo comportamento da luz que consiste em um vórtice óptico que se propaga pelo espaço e muda de maneiras incomuns. Ele é potencialmente útil para manipular matéria pequena," disse o professor Federico Capasso, da Universidade de Harvard.

Modo de geração da luz em caracol e resultados experimentais.
[Imagem: Ahmed H. Dorrah et al. - 10.1126/sciadv.adr9092]

Luz em caracol

A descoberta se baseia em outro trabalho recente da equipe, no qual uma metassuperfície, uma lente fina gravada com nanoestruturas que manipulam o feixe de luz, foi desenvolvida para criar um feixe de luz com polarização controlada e momento angular orbital ao longo de seu caminho de propagação, convertendo qualquer entrada de luz em outras estruturas que mudam conforme se movem.

Agora, eles introduziram outro grau de liberdade à sua luz, no qual também podem alterar seu torque espacial à medida que ela se propaga.

Ainda que outras equipes já tenham demonstrado feixe de luz com mudança de torque usando lasers de alta intensidade e configurações volumosas, esta nova abordagem usa apenas uma tela de cristal líquido e um feixe de baixa intensidade, permitindo criar um rotatum em um dispositivo integrado e compatível com a indústria. Isso diminui a barreira de entrada para que a tecnologia encontre aplicações práticas.

Embora a aplicação de uma nova ferramenta só tropece na criatividade de quem a usa, os pesquisadores propõem que seu feixe de luz tão exótico seja usado para controlar partículas muito pequenas, como coloides em suspensão, criando uma nova versão mais versátil de pinça óptica.

Em um aspecto curioso da pesquisa, a equipe descobriu que seu feixe de luz portador de momento angular orbital cresce em um padrão matemático encontrado em todo o mundo natural. Espelhando a sequência numérica de Fibonacci, o rotatum óptico se propaga em uma espiral logarítmica que é vista em inúmeras estruturas naturais.

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