Luz torcida é produzida por lâmpada incandescente tunada

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/01/2025

Tubo de vidro cheio de gás argônio, que contém um nanocarbono torcido em frente a uma microlente de alta resolução.
[Imagem: Brenda Ahearn/Michigan Engineering]

Lâmpada de luz torcida

A promissora "luz torcida", que consegue carregar muito mais informações em cada feixe, pode ser gerada com eficiência de modo muito mais simples do que se tem feito até agora.

Em vez dos grandes aparatos ópticos, que têm limitado o uso prático dessa tecnologia emergente, basta usar algo tão simples quanto uma lâmpada incandescente comum, ou lâmpada de Edison, aquelas que emitem luz fazendo a eletricidade passar por um filamento.

"É difícil gerar brilho suficiente ao produzir luz torcida com métodos tradicionais, como a luminescência de elétrons ou fótons," explicou Jun Lu, da Universidade de Michigan, nos EUA. "Gradualmente, percebemos que na verdade temos uma maneira muito antiga de gerar esses fótons - não dependendo de excitações de fótons e elétrons, mas com a lâmpada que [Thomas] Edison desenvolveu."

A luz torcida é também chamada de "quiral" porque as rotações no sentido horário e anti-horário - ou momento angular orbital - são imagens espelhadas uma da outra. Uma aplicação imediata dessas rotações consiste em usar a radiação quiral de corpo negro para identificar objetos. Isso terá inúmeros usos, como robôs e carros autônomos capazes de diferenciar ondas de luz com diferentes direções de rotação e graus de torção, o que permite identificar objetos diretamente, sem processamento de imagens.

"Esta descoberta pode, por exemplo, ser importante para um veículo autônomo dizer a diferença entre um cervo e um humano, que emitem luz com comprimentos de onda semelhantes, mas com helicidade diferente, porque a pele do cervo tem uma ondulação diferente do nosso tecido," explicou o professor Nicholas Kotov.

A equipe já pensa em usar a alta potência da luz torcida criada pela lâmpada de filamento para construir um laser de luz torcida.
[Imagem: Brenda Ahearn/Michigan Engineering]

Como torcer a luz

Cada objeto com algum calor, incluindo você, está constantemente emitindo fótons (partículas de luz) em um espectro vinculado à sua temperatura. Quando o objeto tem a mesma temperatura do ambiente, ele também absorve uma quantidade equivalente de fótons, algo que é conhecido como "radiação de corpo negro", porque a cor preta absorve todas as frequências de fótons.

Embora o filamento de tungstênio de uma lâmpada incandescente seja muito mais quente do que o seu entorno, a lei que define a radiação do corpo negro, chamada lei de Planck, oferece uma boa aproximação do espectro de fótons que ele emite. Todos juntos, os fótons visíveis parecem luz branca, mas quando você passa a luz através de um prisma é possível ver o arco-íris de diferentes fótons dentro dele - é também por isso que os objetos mais quentes aparecem mais brilhantes nas imagens termais.

Normalmente, a forma do objeto que emite a radiação não importa muito porque ela não afeta o espectro de comprimentos de onda dos diferentes fótons. Mas ela pode afetar uma propriedade diferente: A polarização dos fótons.

Foi aí que a equipe fez sua descoberta: Seus experimentos revelaram que, se o emissor de luz - o filamento da lâmpada - for torcido em micro ou nanoescala, com o comprimento de cada torção semelhante ao comprimento de onda da luz emitida, a radiação do corpo negro também é torcida. A força da torção na luz - ou sua polarização elíptica- depende de dois fatores principais: Quão próximo o comprimento de onda do fóton está do comprimento de cada torção e das propriedades eletrônicas do material - nanocarbono ou metal, neste caso.

Embora o brilho seja a principal vantagem deste método para produzir luz torcida - até 100 vezes mais brilhante do que outras abordagens - a luz inclui um amplo espectro de comprimentos de onda e de distorções. A equipe já tem ideias de como tirar proveito disso, incluindo explorar a possibilidade de construir um laser cuja luz seja determinada pelas estruturas emissoras de luz torcida.

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