Cientistas criam uma correia transportadora de luz para quasipartculas

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 28/05/2024

Hbridos de luz e matria

Yago del Valle e colegas do Instituto Riken e da empresa NTT, ambos no Japo, criaram uma estrada no para carros, mas para quasipartculas chamadas polaritons, um tipo de partcula hbrida luz-matria que vem ganhando inmeras aplicaes em tecnologias de ponta.

Segundo a equipe, sua “esteira rolante para quasipartculas” permitir o desenvolvimento de novos dispositivos com aplicaes em reas como metrologia quntica e informao quntica, entre outras. Essa via apresenta comportamentos interessantes, como o transporte sem dissipao, o que significa que as partculas podem se mover sem perda de energia, alm de outros fenmenos qunticos exticos.

Os cientistas usaram a interferncia entre dois lasers para criar uma paisagem dinmica de energia potencial – imagine uma paisagem de vales e colinas, em constante movimento repetitivo. Esse gradiente serve como condutor para um estado de polaritons coerente, semelhante ao laser – a diferena que, em vez de ftons, esse condensado de polaritons formado pelas quasipartculas.

“Criamos um estado topolgico de luz em uma estrutura semicondutora por um mecanismo que envolve modulao rpida da paisagem energtica, resultando na introduo de uma dimenso sinttica,” disse o professor Michael Fraser. Uma dimenso sinttica um mtodo de mapear uma dimenso no espacial, neste caso o tempo, em uma dimenso semelhante ao espao, de modo que a dinmica do sistema possa evoluir em um nmero maior de dimenses, tornando-se mais adequada para as manipulaes que se deseja fazer.

Exemplo das estruturas de banda.
[Imagem: Redondo et al. – 10.1038/s41566-024-01424-z]

Mltiplas aplicaes

Utilizando este esquema experimental simples, envolvendo a interferncia entre dois lasers, os cientistas conseguiram organizar os polaritons precisamente nas dimenses certas para criar uma estrutura de banda artificial, o que significa que as partculas se organizaram em bandas de energia como os eltrons de um material. E essas bandas podem ser controladas ajustando-se as dimenses, profundidade e velocidade da rede ptica de polaritons.

Ajustando a diferena de frequncia entre os dois lasers, a correia transportadora se move a velocidades da ordem de 0,1% da velocidade da luz, levando os polaritons a um novo estado.

Graas a este movimento rpido, os polaritons veem uma paisagem de energia potencial diferente dependendo se esto se propagando a favor ou contra o fluxo da rede, um efeito que anlogo ao deslocamento Doppler do som. Esta resposta assimtrica quebra a simetria da reverso do tempo, levando no reciprocidade e formao de uma estrutura de banda topolgica.

“Estados fotnicos com propriedades topolgicas podem ser usados em dispositivos optoeletrnicos avanados, onde a topologia pode melhorar muito o desempenho de dispositivos pticos, circuitos e redes, por exemplo reduzindo o rudo e as potncias limite de emisso laser, e o guiamento de ondas pticas sem dissipao. Alm disso, a simplicidade e a robustez da nossa tcnica abre novas oportunidades para o desenvolvimento de dispositivos fotnicos topolgicos com aplicaes em metrologia quntica e informao quntica,” concluiu Fraser.

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