Magnetismo sintético controla direção da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/11/2012

"É uma forma totalmente nova de manipular o fluxo da luz. Ele cria possibilidades de controle dos fótons nunca vistas antes."
[Imagem: Shanhui Fan Lab]

Magnetismo artificial

Usar campos magnéticos para guiar o caminho de elétrons é um elemento fundamental da eletrônica.

Fazer o mesmo com a luz seria fantástico, mas o problema é que os fótons, destituídos de cargas elétricas, nem se importam com o mais forte dos campos magnéticos, atravessando-os sem qualquer perturbação.

Mas agora uma equipe multidisciplinar conseguiu ludibriar os fótons usando um campo magnético artificial - ou "magnetismo sintético", como os pesquisadores o chamam.

Os cientistas usaram o novo mecanismo para colocar os fótons para girar em torno do campo magnético sintético.

O campo magnético artificial exerce uma força virtual sobre os fótons similar ao efeito dos ímãs sobre os elétrons.

"É uma forma totalmente nova de manipular o fluxo da luz. Ele cria possibilidades de controle dos fótons nunca vistas antes," disse Shanhui Fan, da Universidade de Stanford, nos EUA, coordenador da pesquisa.

Nunca vista antes mesmo, porque o que o experimento fez foi, na prática, quebrar uma lei básica da física, conhecida como simetria de tempo reverso da luz.

Isso significa que um fóton que estiver viajando para frente terá propriedades diferentes de quando ele próprio estiver viajando para trás.

Luz sem reflexão

Na prática, o dispositivo introduz uma carga no fóton, que passa a reagir ao campo magnético sintético da mesma maneira que um elétron reage com um campo magnético real.

Isto abre inúmeras possibilidades de aplicações. Por exemplo, passa a ser possível impedir que a luz viaje de volta, eliminando a reflexão, criando diodos ópticos, um elemento essencial para os processadores fotônicos, que funcionam com luz em vez de eletricidade.

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Em termos simples, uma vez que um fóton entra no dispositivo, ele não consegue retornar.

Os pesquisadores acreditam que isso permitirá a eliminação de ruídos e perdas de sinal comuns nas comunicações por fibras ópticas, além de outros mecanismos de controle da luz que ainda terão que ser idealizados.

"Nosso sistema aponta claramente rumo a aplicações on-chip de um novo tipo de componente para comunicações baseadas em luz que resolve uma série de entraves atuais," disse Zongfu Yu, criador do novo dispositivo. "Estamos entusiasmados para ver até onde ele poderá nos levar."

O cristal fotônico consiste em uma rede de pequenas cavidades esculpidas em uma pastilha de silício.
[Imagem: Fang et al.]

Guiando a luz

Foi apenas em 2009 que os cientistas conseguiram criar esse mecanismo exótico, chamado magnetismo sintético.

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Em vez dos lasers, a equipe agora utilizou cristais fotônicos, materiais que podem confinar e liberar fótons de forma controlada.

O cristal fotônico consiste em uma rede de pequenas cavidades esculpidas em uma pastilha de silício.

Aplicando correntes elétricas com precisão a essa malha, é possível controlar o cristal fotônico - ou "ajustá-lo harmonicamente", como dizem os cientistas - para que ele produza o magnetismo artificial, que exerce uma "força" virtual sobre os fótons.

Apesar de virtual, os cientistas referem-se ao magnetismo sintético como um campo magnético efetivo.

Os pesquisadores conseguiram alterar a trajetória dos fótons alterando a corrente aplicada ao cristal fotônico e manipulando a velocidade dos fótons conforme eles entram no circuito.

Esse mecanismo duplo garante um controle preciso da rota dos fótons, permitindo que os cientistas dirijam a luz para onde eles queiram.

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