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Um grupo colaborativo de pesquisadores manipulou o comportamento da luz como se estivesse sob a influência da gravidade. As descobertas, publicadas na revista Revisão Física A em 28 de setembro de 2023, têm implicações de longo alcance para o mundo da óptica e da ciência dos materiais e são importantes para o desenvolvimento das comunicações 6G.
A teoria da relatividade de Albert Einstein estabeleceu há muito tempo que a trajetória das ondas eletromagnéticas – incluindo ondas eletromagnéticas de luz e terahertz – pode ser desviada por campos gravitacionais.
Os cientistas previram recentemente teoricamente que a replicação dos efeitos da gravidade – isto é, da pseudogravidade – é possível através da deformação de cristais na região de energia (ou frequência) normalizada inferior.
“Queremos explorar se a distorção da rede em cristais fotônicos pode produzir efeitos de pseudogravidade”, disse a professora Kyoko Kitamura, da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Tohoku.
Os cristais fotônicos possuem propriedades únicas que permitem aos cientistas manipular e controlar o comportamento da luz, servindo como “controladores de tráfego” da luz dentro dos cristais. Eles são construídos organizando periodicamente dois ou mais materiais diferentes com habilidades variadas para interagir e desacelerar a luz em um padrão regular e repetitivo. Além disso, efeitos de pseudogravidade devido a alterações adiabáticas foram observados em cristais fotônicos.
Kitamura e seus colegas modificaram os cristais fotônicos introduzindo a distorção da rede: deformação gradual do espaçamento regular dos elementos, que interrompeu o padrão de grade dos cristais protônicos. Isto manipulou a estrutura da banda fotónica dos cristais, resultando numa trajetória curva do feixe no meio – tal como um raio de luz que passa por um corpo celeste massivo, como um buraco negro.
Especificamente, eles empregaram um cristal fotônico distorcido de silício com uma constante de rede primária de 200 micrômetros e ondas terahertz. Experimentos demonstraram com sucesso a deflexão dessas ondas.
“Assim como a gravidade curva a trajetória dos objetos, criamos um meio de curvar a luz dentro de certos materiais”, acrescenta Kitamura. “Essa direção de feixe no plano dentro da faixa de terahertz poderia ser aproveitada na comunicação 6G. Academicamente, as descobertas mostram que os cristais fotônicos poderiam aproveitar os efeitos gravitacionais, abrindo novos caminhos no campo da física do gráviton”, disse o professor associado Masayuki Fujita, da Universidade de Osaka. .
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