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Uma equipe de pesquisa conjunta da Pohang University of Science and Technology (POSTECH) da Coréia e da Northeastern University (NEU) nos EUA conseguiu transportar luz usando meta-redes não hermitianas.
A luz é uma propriedade muito delicada e vulnerável. A luz pode ser absorvida ou refletida na superfície de um material dependendo das propriedades da matéria ou mudar sua forma e ser convertida em energia térmica. Ao atingir a superfície de um material metálico, a luz também tende a perder energia para os elétrons dentro do metal, uma ampla gama de fenômenos que chamamos de “perda óptica”.
A produção de elementos ópticos ultrapequenos que utilizam a luz de várias maneiras é muito difícil, pois quanto menor o tamanho de um componente óptico, maior a perda óptica. No entanto, nos últimos anos, a teoria não-hermitiana, que usa a perda óptica de uma maneira totalmente diferente, foi aplicada à pesquisa óptica. Novas descobertas na física estão sendo feitas adotando a teoria não hermitiana que abraça a perda óptica, explorando maneiras de fazer uso do fenômeno, ao contrário da física geral, onde a perda óptica é percebida como um componente imperfeito de um sistema óptico. Uma ‘bênção disfarçada’ é aquela que inicialmente parece um desastre, mas que no final resulta em boa sorte. Esta história de pesquisa é uma bênção disfarçada na física.
O Prof. Junsuk Rho (Departamentos de Engenharia Mecânica e Engenharia Química) da POSTECH e os candidatos a PhD Heonyeong Jeon e Seokwoo Kim (Engenharia Mecânica) da POSTECH, e o Prof. Yongmin Liu da Northeastern University (NEU) em Boston e sua equipe de pesquisa conjunta puderam para controlar a direção dos feixes de luz usando sistemas de meta-rede não hermitiana. O papel foi apresentado em Avanços da ciênciaa revista acadêmica internacional.
Quando a luz incide sobre uma superfície de metal, os elétrons no metal oscilam coletivamente como um único corpo com a onda de luz. O fenômeno é chamado de polariton de plasmon de superfície ou SPP. Um ‘acoplador de grade’ é amplamente utilizado como um dispositivo auxiliar para controlar as direções dos SPPs. A eficiência do dispositivo é limitada na medida em que converte a luz incidente em ângulo reto em SPPs em direções não intencionais.
A equipe de pesquisa aplicou a teoria não hermitiana para superar a desvantagem. Para começar, a equipe calculou o ponto excepcional teórico próximo ao qual ocorre uma certa perda óptica. Em seguida, eles validaram sua eficácia por meio de experimentos usando seu acoplador de meta-rede não hermitiano especialmente projetado. O acoplador de meta-grade provou ser eficaz em fornecer controle unidirecional de SSPs, o que era quase impossível com outros acopladores de grade. Eles também podem fazer a luz e o SPP se propagarem em direções opostas, controlando o tamanho e a distância das meta-redes. A equipe de pesquisa conseguiu converter a luz incidente em SSPs de volta à luz normal usando o mesmo dispositivo de meta-rede.
Os resultados da pesquisa podem ser úteis na pesquisa de sensores quânticos em diversas áreas, como detecção de antígenos para diagnóstico de doenças ou gases nocivos na atmosfera, o que, combinado com a engenharia, pode abrir as portas para uma ampla gama de aplicações. O Prof. Junsuk Rho, que liderou a equipe, disse: “Esta pesquisa trouxe a ótica não-hermitiana para o território da nanoescala. Ela contribuirá para o desenvolvimento de futuros dispositivos plasmônicos com excelente controle de direção e desempenho”.
A pesquisa foi financiada pela US National Science Foundation, Samsung Science and Technology Foundation e National Research Foundation of Korea.
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