Os cientistas já estabeleceram que a luz pode ser desacelerada em determinados cenários, e um novo estudo demonstra um método para conseguir isso que promete ser uma das abordagens mais úteis até agora.
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Os pesquisadores por trás da descoberta, da Universidade de Guangxi e da Academia Chinesa de Ciências na China, dizem que seu método pode beneficiar a computação e a comunicação óptica.
A luz que atravessa o vazio do espaço se move a uma velocidade e apenas a uma velocidade – 299.792 quilômetros (cerca de 186.000 milhas) por segundo. No entanto, se lançarmos uma confusão de campos eletromagnéticos no seu caminho, como os que rodeiam a matéria comum, essa velocidade extraordinária começa a diminuir.
A maioria dos materiais transparentes retarda a luz em uma pequena fração. São as mudanças na velocidade que fazem com que a luz se dobre ao passar de um meio para outro. Mas realmente pisar no freio requer materiais especiais, como cristais fotônicos ou até gases quânticos super-resfriados.
“Prevemos que nosso trabalho forneça uma direção inteiramente nova para a realização de interações luz-matéria ultrafortes em chips nanofotônicos”, escrevem os pesquisadores em seu artigo publicado.
O novo método baseia-se no que é conhecido como transparência induzida eletromagneticamente (EIT), que usa um truque inteligente de laser para manipular elétrons dentro do gás armazenado no vácuo – essencialmente transformando-o de opaco em transparente.
Isso significa que a luz do laser pode passar, mas devido à forma como foi manipulada, ela também fica mais lenta. Isso o torna muito interessante para os físicos, mas a abordagem também significa que muita luz e energia são perdidas ao longo do caminho.
Para reduzir esta perda e melhorar a eficiência de todo o sistema, os pesquisadores pegaram em alguns dos princípios do EIT no controle da luz e conceberam um novo material para abrandar a luz. O material é uma espécie de metassuperfície – uma estrutura sintética 2D com propriedades diferentes de qualquer outra na natureza.
As metassuperfícies projetadas pela equipe foram feitas de camadas muito finas de silício – como os chips de computação atuais – e demonstraram ser muito melhores do que as opções existentes na forma como retinham e liberavam energia (neste caso, da luz).
Com base nos resultados obtidos pelos pesquisadores, a luz pode ser desacelerada mais de 10 mil vezes neste sistema. Ao mesmo tempo, a perda de luz é reduzida em mais de cinco vezes em comparação com outros métodos comparáveis.
A chave para a nova abordagem é a forma como os menores blocos de construção da metassuperfície – conhecidos como meta-átomos – são posicionados. Nesse caso, eles estão essencialmente próximos o suficiente para se fundirem, o que, por sua vez, afeta a maneira como a luz é tratada ao passar.
O resultado final é que toda essa ciência complexa é um melhor controle sobre como a luz viaja. Como a luz desempenha um papel fundamental em tudo, desde a Internet de banda larga até a computação quântica, há uma infinidade de aplicações potenciais.
Não é a única maneira que os cientistas encontraram para desacelerar ainda mais a luz, além da desaceleração natural que acontece em substâncias como a água, mas a sua eficácia e a sua escalabilidade tornam-na uma opção promissora para estudos mais aprofundados.
“Com estas descobertas, o nosso estudo abre um novo caminho para adaptar o fluxo de fótons em metassuperfícies”, escrevem os pesquisadores.
A pesquisa foi publicada em Nano Letters e matéria publicada em ScienceAlert
