Singularidade ptica manipula raios de escurido como manipulamos a luz

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Eletrnica

Com informações da Harvard SEAS – 15/07/2021

Singularidade

Seo transversal da folha de singularidade projetada em forma de corao – a imagem gerada manipulando os pontos escuros.
[Imagem: Daniel Lim/Harvard SEAS]

O que so singularidades?

Quando pensamos em singularidades, tendemos a pensar em buracos negros massivos em galxias distantes, ou em um futuro distante com uma inteligncia artificial descontrolada, mas as singularidades esto por todos os lados.

Singularidades so simplesmente um lugar onde certos parmetros so indefinidos. O Plo Norte e o Plo Sul, por exemplo, so conhecidos como singularidades coordenadas porque no tm longitude definida.

J as singularidades pticas normalmente ocorrem quando a fase da luz com um comprimento de onda especfico – uma cor – indefinida. Essas regies parecem completamente escuras.

Hoje, algumas singularidades pticas, incluindo vrtices pticos, esto sendo exploradas para uso em comunicaes pticas e manipulao de partculas, mas os cientistas esto apenas comeando a entender o potencial desse estranho mundo novo da luz.

A questo principal que se coloca : Ser que podemos tirar proveito desses pontos de escurido do mesmo modo como aproveitamos a luz para construir novas tecnologias?

Singularidade

Para verificar as possibilidades de manipulao das singularidades pticas, observe os pontos escuros, no a luz.
[Imagem: Daniel Lim/Harvard SEAS]

Tecnologia da escurido

Parece que sim, uma vez que pesquisadores da Universidade de Harvard, nos EUA, acabam de desenvolver uma nova maneira de controlar e dar forma s singularidades pticas.

A tcnica pode ser usada para projetar singularidades de muitas formas, muito alm de simples linhas curvas ou retas, como j se demonstrou anteriormente. Para demonstrar sua tcnica, os pesquisadores criaram uma folha de singularidade em forma de corao – sim, um corao de escurido no meio da luz.

“As tcnicas convencionais de holografia so boas para moldar a luz, mas tm dificuldade em moldar a escurido,” disse o professor Federico Capasso, coordenador da equipe. “Ns demonstramos uma engenharia de singularidade sob demanda, que abre um vasto conjunto de possibilidades em campos abrangentes, desde tcnicas de microscopia de super-resoluo a novos sistemas de manipulao de tomos e de partculas.”

A equipe usou metassuperfcies planas formadas por nanopilares de formato preciso para dar forma s singularidades, manipulando os pontos de escurido com preciso at formar uma singularidade em todo o plano – a tal folha de singularidade.

“A metassuperfcie inclina a frente de onda da luz de uma maneira muito precisa sobre uma superfcie, de modo que o padro de interferncia da luz transmitida produz regies extensas de escurido,” detalhou o pesquisador Daniel Lim. “Esta abordagem nos permite projetar com preciso regies escuras com contraste notavelmente alto.”

Singularidade

A escurido manipulada por pequenas antenas, que controlam os pontos onde nenhuma luz pode chegar.
[Imagem: Daniel Lim/Harvard SEAS]

Escurido de outras ondas

Enquanto a luz s pode ser focada em regies medindo cerca de meio comprimento de onda (o limite de difrao), a escurido no tem limite de difrao, o que significa que ela pode ser localizada em qualquer tamanho.

Isso permite que a escurido interaja com as partculas em escalas de comprimento muito menores do que os comprimentos de onda da luz, o que pode ser usado para fornecer informaes no apenas sobre o tamanho e a forma das partculas, mas tambm sobre sua orientao.

E, assim como as pinas pticas, singularidades projetadas podem ser usadas para capturar tomos em regies escuras, alm de permitir melhorar imagens de microscpios.

Outra potencialidade dessa estranha tcnica de manipulao da escurido que as singularidades projetadas podem se estender para alm das ondas de luz, incluindo outros tipos de ondas.

“Voc tambm pode projetar zonas mortas em ondas de rdio ou zonas silenciosas em ondas acsticas,” disse Lim. “Esta pesquisa aponta para a possibilidade de projetar topologias complexas em fsica de ondas alm da ptica, de feixes de eltrons acstica.”

Bibliografia:

Artigo: Engineering phase and polarization singularity sheets
Autores: Soon Wei, Daniel Lim, Joon-Suh Park, Maryna L. Meretska, Ahmed H. Dorrah, Federico Capasso
Revista: Nature Communications
Vol.: 12, Article number: 4190
DOI: 10.1038/s41467-021-24493-y

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