Finalmente um cristal do tempo que você vai conseguir ver

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/11/2024

Este projeto promete guiar a construção de cristais de tempo fotônicos para luz visível, abrindo caminho para aplicações práticas.
[Imagem: Xuchen Wang/Aalto University]

Cristais do tempo

Os cristais do tempo fotônicos já haviam deixado o âmbito controlado dos laboratórios, rumo às aplicações práticas, graças sobretudo à sua incrível capacidade de amplificar a luz.

Os cristais de tempo representam uma classe única de materiais, prevista teoricamente há pouco mais de 10 anos, mas rapidamente construída na prática. Diferentemente dos cristais tradicionais, que têm estruturas atômicas espacialmente repetidas, os cristais de tempo permanecem uniformes no espaço, mas apresentam uma oscilação periódica no tempo.

Além de teoricamente poderem sobreviver ao fim do Universo, essa qualidade inusitada cria "lacunas de banda de momento", ou estados incomuns onde a luz faz uma pausa dentro do cristal, enquanto sua intensidade cresce exponencialmente ao longo do tempo - sim, são fenômenos que desafiam nossa comprensão usual da óptica.

E Xuchen Wang e colegas da Universidade Aalto, na Finlândia, acabam de projetar o cristal do tempo fotônico "mais prático" até hoje por um detalhe muito importante: Ele será construído com luz visível.

Ilustração da modulação temporal da frequência de ressonância intrínseca de um material comum (em cima) e detalhes da implementação proposta (embaixo).
[Imagem: Xuchen Wang et al. - 10.1038/s41566-024-01563-3]

Cristal do tempo visível

Para compreender a peculiaridade da interação da luz dentro de um cristal do tempo fotônico, imagine a luz atravessando um meio que alterna entre ar e água quatrilhões de vezes por segundo. Criar cristais do tempo fotônicos para luz visível é desafiador justamente por isso, pela necessidade de se alcançar uma variação extremamente rápida, mas simultaneamente de grande amplitude, das propriedades do material.

Até então, a demonstração experimental mais avançada de cristais de tempo fotônicos, desenvolvida por membros da mesma equipe, ficara limitada a frequências muito mais baixas, como micro-ondas. Nas frequências mais altas da luz visível, a comutação precisa ser muito mais rápida.

Agora, a equipe propõe, por meio de modelos teóricos e simulações eletromagnéticas, a primeira abordagem prática para obter cristais de tempo fotônicos "verdadeiramente ópticos", ou seja, com luz visível. Usando uma matriz de pequenas esferas de silício, eles preveem que as condições especiais necessárias para amplificar a luz, que antes estavam fora de alcance, podem finalmente ser obtidas em laboratório usando técnicas ópticas conhecidas.

Usos prováveis

Tudo é muito novo, e ainda não temos ideia dos usos que os cristais do tempo poderão ter - quando o laser foi criado os pesquisadores também não sabiam para o que ele serviria -, mas uma aplicação potencial para os cristais do tempo fotônicos é na fabricação de sensores em nanoescala.

"Imagine que queiramos detectar a presença de uma pequena partícula, como um vírus, um poluente ou um biomarcador para doenças como câncer. Quando excitada, a partícula emitiria uma pequena quantidade de luz em um comprimento de onda específico. Um cristal de tempo fotônico pode capturar essa luz e amplificá-la automaticamente, permitindo uma detecção mais eficiente com o equipamento existente," detalhou o professor Viktar Asadchy.

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