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Luz e som são armazenados juntos no interior de um nanocristal

12 de novembro de 2009

Em cima, uma micrografia do cristal optomecânico, feita por microscópio eletrônico.

Embaixo, uma visão mais de perto do nanofeixe emitido pelo dispositivo.[Imagem: M. Eichenfield, et. al., Nature]

Luz vibrante

A humanidade aprendeu há muito tempo a manipular o som. Mais recentemente, aprendemos a manipular a luz e hoje a maioria das nossas comunicações viaja em alta velocidade na forma de pulsos de luz no interior de fibras ópticas.

Agora, cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados, demonstraram que é possível mesclar som e luz e armazená-los conjuntamente.

Mais do que isso, é possível receber luz e armazená-la como som e, quando necessário, transformar de volta o som em luz e liberar os fótons para que eles prossigam seu caminho. Melhor ainda, é possível rotear as vibrações sonoras, fazendo-as interagir no interior de dispositivos nanoeletromecânicos e ler os resultados das interações na forma de luz.

Cristal optomecânico

Transformar luz em movimento, e vice-versa, é um objetivo longamente perseguido pelos cientistas, particularmente por este grupo, que acaba de criar um cristal optomecânico capaz de converter luz em som e vice-versa.

Em 2005, eles criaram a primeira chave totalmente óptica, na qual um feixe de luz controla outro feixe de luz. Há poucas semanas, eles demonstraram ter avançado bastante, apresentando um nanozíper, que usa as propriedades mecânicas da luz. Este nanozíper é tão sensível que é capaz de responder a um único fóton.

Uma nova física

O novo feito, divulgado em um artigo que acaba de ser publicado na revista Nature, não fica atrás. Na verdade, avança muito. “É um conceito totalmente novo,” diz o Dr. Oskar Painter, coordenador da pesquisa, apontando que o dispositivo permitirá o estudo de “uma física totalmente nova.”

No interior do cristal optomecânico, as interações entre o som e a luz podem resultar em vibrações mecânicas com frequências de dezenas de gigahertz – 10 bilhões de ciclos por segundo.

Em frequências tão altas, torna-se possível transmitir enormes quantidades de informação simultaneamente. Segundo o Dr. Painter, cristais optomecânicos como o que eles construíram poderão ter aplicações além das telecomunicações – por exemplo, para detectar e pesar moléculas individuais e como uma ferramenta para estudar os fundamentos da nanomecânica.

“Estas estruturas oferecem uma sensibilidade à massa superior à dos sistemas nanoeletromecânicos convencionais porque a luz é muito mais sensível ao movimento do que os sistemas elétricos,” diz Painter. “E tudo isso pode ser feito no interior um microchip de silício.”

Fótons e fónons

Os cristais optomecânicos lidam com as unidades mais básicas – ou quanta – tanto da luz quanto do som. A unidade básica da luz é o fóton e a unidade básica do som é o fónon.

A inovação da equipe do Dr. Painter foi juntar cristais fotônicos e cristais fonônicos em uma única estrutura. Individualmente, esses dois tipos de cristais vêm sendo estudados há muito tempo.

“Nós agora podemos manipular o som e a luz na mesma nanoplataforma, e nós podemos converter energia entre os dois sistemas. E podemos trabalhar isso de forma praticamente ilimitada,” diz o pesquisador.

Bibliografia:

Optomechanical crystals
Matt Eichenfield, Jasper Chan, Ryan M. Camacho, Kerry J. Vahala, Oskar Painter
Nature
5 November 2009
Vol.: 462, 78-82
DOI: 10.1038/nature08524

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