Pesquisadores alcançam oscilações super-Bloch em regime de direção forte

O controle coerente completo do transporte e localização de ondas é um objetivo há muito buscado na pesquisa em física de ondas, que abrange muitas áreas diferentes, do estado sólido à física de ondas de matéria e fotônica. Um dos efeitos de transporte coerente mais importantes e fascinantes é a oscilação de Bloch (BO), que se refere ao movimento oscilatório periódico de elétrons em sólidos sob um campo elétrico de corrente contínua (CC).

Oscilações Super-Bloch (SBOs) são movimentos oscilatórios gigantes obtidos pela aplicação simultânea de campos elétricos de acionamento CC e CA desafinados. Considerados versões amplificadas de BOs, os SBOs recebem menos atenção do que os BOs comuns, principalmente porque suas observações experimentais são mais desafiadoras e exigem um tempo de coerência de partículas muito maior.

Uma característica única dos SBOs é a existência de inibição de oscilação coerente por meio de um efeito de renormalização de acionamento CA, que se manifesta como a localização de um padrão de oscilação com uma amplitude de oscilação que desaparece. Apelidado de “colapso” do SBO, esse fenômeno interessante ocorre tipicamente no regime de acionamento CA forte e não foi alcançado em experimentos anteriores de SBOs baseados em eletrônica e outros sistemas. Todos os estudos teóricos e experimentais atuais sobre SBOs foram limitados aos casos mais simples de acionamento CA sinusoidal, então o colapso do SBO sob formatos de acionamento CA mais gerais e a capacidade de aproveitar SBOs para manipulação flexível de ondas coerentes também permanecem inexplorados.

Em um estudo recente, pesquisadores do Laboratório Nacional de Optoeletrônica de Wuhan e da Escola de Física, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong (HUST) e da Universidade Politécnica de Milão se propuseram a enfrentar esses problemas. Conforme relatado em Fotônica Avançadacombinando um campo elétrico de acionamento CC e um campo elétrico de acionamento CA quase desafinado na rede temporal sintética, os pesquisadores alcançaram com sucesso SBOs até o regime de acionamento forte. Pela primeira vez, eles observaram o efeito de colapso do SBO e estenderam os SBOs para situações de acionamento de ondas arbitrárias.

Com a controlabilidade flexível obtida por meio da adaptação dos campos elétricos CC e CA sintéticos, os pesquisadores observam as características da amplitude de oscilação desaparecendo e a inversão da direção de oscilação inicial em amplitudes de condução específicas, mostrando as assinaturas claras do colapso do SBO. Para a condução CA senoidal, eles mostram que, à medida que a razão amplitude-frequência do campo de condução CA toma a raiz da função de Bessel de primeira ordem, o colapso do SBO ocorre, manifestando-se como uma inibição completa da oscilação com uma amplitude de oscilação desaparecendo, bem como a inversão da direção de oscilação inicial ao cruzar o ponto de colapso.

As características de oscilação rápida dos SBOs e o colapso dos SBOs também foram analisados ​​a partir do espectro de Fourier de padrões de oscilação. Ao generalizar os SBOs do formato de condução sinusoidal para um formato de condução de onda arbitrária, os pesquisadores também observaram os SBOs generalizados com condições de colapso ajustáveis. Finalmente, o relatório explora o recurso de inversão da direção da oscilação para projetar roteadores e divisores de feixe temporal ajustáveis.

De acordo com o autor correspondente Stefano Longhi, professor do Instituto Politécnico de Milão, “Este trabalho realiza oscilações periódicas e transporte de pulsos ópticos, que também podem encontrar amplas aplicações no controle versátil de feixes temporais em roteamento, divisão e localização de luz para comunicações ópticas de última geração e processamento de sinais”.