Cientistas que estão experimentando algumas das leis mais fundamentais da física encontraram mais evidências do que chamam de cristais fotônicos de tempo (PTCs): materiais nos quais a velocidade na qual a luz se move (o índice de refração) oscila muito rapidamente.
Já sabemos muito mais sobre cristais fotônicos, onde um padrão repetido em um material cria uma mudança no índice de refração em uma área do espaço; você pode ver isso no brilho das asas de insetos ou minerais preciosos. Com os PTCs, o elemento de mudança ao longo do tempo também é introduzido.
Aqui, os pesquisadores treinaram lasers em dois materiais conhecidos como óxidos condutores transparentes, que permitem a passagem da luz enquanto também conduzem eletricidade. Eles usaram os lasers para alterar rapidamente o índice de refração por períodos menores que 10 femtossegundos (ou seja, 10 quadrilionésimos de segundo).
Os pesquisadores observaram mudanças significativas na frequência da luz e no tempo de relaxamento da luz (tempo necessário para o índice de refração voltar ao normal), dependendo da espessura do material e da velocidade com que o índice de refração foi alterado.
“Elétrons excitados com alta energia em cristais geralmente precisam de mais de dez vezes mais tempo para relaxar de volta aos seus estados fundamentais, e muitos pesquisadores pensaram que o relaxamento ultrarrápido que observamos aqui seria impossível”, diz o físico Mordechai Segev do Technion – Instituto de Tecnologia de Israel.
“Ainda não entendemos exatamente como isso acontece.”
Se sua cabeça ainda não está doendo com a física de alto nível aqui, há mais de um tipo de cristal de tempo fotônico . A pesquisa aqui é separada dos cristais de tempo fotônicos que podem manipular a luz para vários propósitos avançados.
Até agora, esses tipos de PTCs só foram observados usando ondas de rádio, que têm frequências muito mais baixas do que as ondas de luz – quanto mais rápido as ondas passam, maior a frequência. Manter os PTCs estáveis depende do aumento e queda do índice de refração no espaço de um único ciclo de onda eletromagnética.
Isso é muito mais desafiador no reino superveloz das ondas de luz, que é parte do que torna esses experimentos tão interessantes. Os pesquisadores não conseguiram observar os PTCs no espectro de luz visível, mas chegaram perto.
Como diz Segev, não está claro exatamente por que isso está acontecendo ou como pode eventualmente ser usado, mas estamos falando de abrir novos caminhos na física – um “novo capítulo na ciência da luz”, de acordo com Vladimir Shalaev, um engenheiro eletricista da Purdue University, nos Estados Unidos.
“Nossas descobertas… abrem caminho para a observação de cristais fotônicos de tempo em frequências ópticas e muitos outros fenômenos envolvendo limites de tempo”, escrevem os pesquisadores em seu artigo publicado.
A pesquisa foi publicada na Nanophotonics.
Por David Nield
Publicado no ScienceAlert
