Uma nova pesquisa sugere que é possível originar uma nova forma de luz ao ligá-la a um único elétron, que combina as propriedades desta partícula da matéria com as da luz.
© V. Giannini (luz capturada na superfície de um isolador topológico)
De acordo com os cientistas que desenvolveram este estudo no Imperial College London, a luz e o elétron acoplados terão propriedades que podem levar à fabricação de circuitos que trabalham com fótons em vez de elétrons.
Também provavelmente permitirá o estudo dos fenômenos físicos quânticos que regem as partículas subatômicas, mas numa escala visível.
Em materiais normais, a luz interage com uma série de elétrons dispostos na superfície e no interior do material. Mas usando a física teórica para modelar o comportamento da luz e um tipo recém-descoberto de materiais designados isoladores topológicos, os pesquisadores do Imperial College London descobriram que esta poderá interagir apenas com um elétron na superfície.
Isso produziria um acoplamento que funde algumas das propriedades da luz e do elétron. Normalmente, a luz viaja em linha reta, mas, quando ligada ao elétron irá, em vez disso, acompanhar o seu percurso, seguindo a superfície do material.
No estudo o Dr. Vincenzo Giannini e seus colegas modelaram essa interação em torno de uma nanopartícula feita de um isolante topológico.
Os modelos demonstraram que a luz adquire algumas propriedades do elétron e que, circulando a partícula, o elétron também adquire algumas das propriedades da luz.
Normalmente, como os elétron viajam ao longo dos materiais, tais como os constituintes dos circuitos elétricos, eles param quando confrontados com um defeito. No entanto, a equipe do Dr. Giannini descobriu que mesmo que houvesse imperfeições na superfície da nanopartícula, o elétron ainda seria capaz de prosseguir com a ajuda da luz.
Se este comportamento puder ser adaptado aos circuitos fotônicos, estes seriam mais robustos e menos vulneráveis a perturbações e imperfeições físicas.
“Os resultados desta pesquisa terão um enorme impacto sobre a forma como concebemos a luz, os isoladores topológicos só foram descobertos na última década, mas já nos proporcionam novos fenômenos para estudar e novas maneiras de explorar conceitos importantes na física,” disse Giannini.
Acrescentou que deve ser praticável observar os fenômenos que ele modelou em experiências recorrendo à tecnologia atual, e a equipe está trabalhando com os físicos experimentais para tornar isso uma realidade.
Ele considera que o processo que origina esta nova forma de luz pode ser ampliado de modo a que o fenômeno possa ser observado com incomparável facilidade.
Atualmente, os fenômenos quânticos só podem ser observados quando se estudam objetos muito pequenos ou objetos que foram muito arrefecidos, mas esta provável descoberta poderá permitir aos cientistas estudar estes comportamentos à temperatura ambiente.
Fonte: Nature Communications
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