O padrão perfeito para aprisionar a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/04/2017

A superposição das redes - feitas de pontos de materiais dielétricos - cria armadilhas que aprisionam a luz.
[Imagem: Gandhi Alagappin et al. - 10.1038/srep31620]

Dirigindo a luz

Dois físicos de Cingapura projetaram uma "estrutura ótima" para aprisionar a luz.

Técnicas de manipulação da luz - incluindo diminuir sua velocidade, dar-lhe nós ou fazê-la dar marcha-a-ré - tornaram-se parte integrante dos desenvolvimentos no campo das células solares e dos LEDs, e prometem estar presentes nos processadores à base de luz e nas telecomunicações.

Desta forma, uma estrutura simples, otimizada e padronizada para fazer isto pode dar um impulso a uma vasta gama de áreas de pesquisa e desenvolvimento.

Luz presa em loops

Gandhi Alagappin e Png Ching, do Instituto A*STAR, descobriram que a superposição de duas redes similares, mas de periodicidades ligeiramente diferentes, cria uma estrutura que permite controlar e posicionar a luz de acordo com a necessidade do projeto.

"Se você criar um padrão de redes mescladas na superfície de um LED, isto ajudará a liberar a luz de forma mais eficiente. Para uma célula solar, contudo, as ranhuras mescladas ajudarão a luz a entrar melhor, para que mais energia possa ser gerada," explicou Gandhi.

A dupla projetou a estrutura fotônica superpondo estruturas de pequenos pontos feitos com materiais dielétricos distribuídos em uma superfície seguindo uma proporção simples - R:R-1. Por exemplo, uma rede é mesclada com outra cujo espaçamento é 4/3 maior, ou 5/4, 6/5 etc.

"Isto cria um efeito bidimensional similar às cristas de duas ondas de frequência muito próxima. Onde há antinodos a luz é localizada na forma de um loop," disse Gandhi, acrescentando que isso é diferente da chamada Localização de Anderson, que surge da aleatoriedade de uma estrutura. "Esta é uma forma sistemática de criar um grande número de loops."

Simulações da luz aprisionada em diferentes estruturas.
[Imagem: Gandhi Alagappin et al. - 10.1038/srep31620]

Metamaterial fotônico

Além de LEDs e células solares, a capacidade de criar ressonadores nos quais a luz fica aprisionada na superfície de um dispositivo também terá aplicações em componentes de computação quântica baseados em luz, como os defeitos em diamantes conhecidos como vacâncias de nitrogênio.

Mais do que isso, a nova técnica não se limita à luz, permitindo projetar sistemas que possam controlar com precisão a energia das ondas em qualquer região e em qualquer escala - som, térmica, água ou até mesmo ondas de matéria, como nos condensados de Bose-Einstein, usados recentemente para criar objetos com massa negativa.

Mais tópicos