Os cientistas ainda estão lidando com os meandros de materiais estranhos conhecidos como cristais do tempo; estruturas que vibram com o movimento para a eternidade. Agora, uma nova variedade pode ajudar a aprofundar nossa compreensão do desconcertante estado da matéria.
Assim como os cristais regulares são átomos e moléculas que se repetem em um volume de espaço, os cristais de tempo são coleções de partículas que tiquetaqueiam em padrões ao longo do tempo de maneiras que inicialmente parecem desafiar a ciência.
Teorizado em 2012 antes de ser observado no laboratório pela primeira vez apenas quatro anos depois, os pesquisadores estiveram ocupados mexendo nas estruturas para sondar os fundamentos mais profundos da física de partículas e descobrir possíveis aplicações.
Neste último estudo, um novo tipo de cristal de tempo ‘fotônico’ foi criado. Operando em frequências de micro-ondas, é capaz de limpar e amplificar ondas eletromagnéticas, prometendo aplicações futuras em sistemas de comunicação sem fio, desenvolvimento de laser e circuitos eletrônicos.
“Em um cristal de tempo fotônico, os fótons são organizados em um padrão que se repete ao longo do tempo”, diz o autor principal Xuchen Wang, um nanoengenheiro do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha.
“Isso significa que os fótons no cristal são sincronizados e coerentes, o que pode levar a interferência construtiva e amplificação da luz”.
Além disso, a equipe de pesquisa descobriu que as ondas eletromagnéticas que viajam ao longo das superfícies podem ser amplificadas, assim como as ondas do ambiente circundante.
No centro da pesquisa está uma abordagem 2D baseada em folhas ultrafinas de materiais artificiais conhecidas como metasuperfícies. Anteriormente, a pesquisa sobre cristais de tempo fotônico era feita através de materiais 3D em massa: fabricar e estudar esses materiais é extremamente difícil para os cientistas, mas a mudança para 2D significa um caminho mais rápido e fácil para a experimentação – e para descobrir como esses cristais podem ser aplicados em configurações do mundo real.
Embora mais simples do que as estruturas 3D completas, elas compartilham algumas características importantes com os cristais de tempo fotônico e podem imitar seu comportamento – incluindo a maneira como interagem com a luz. É a primeira vez que os cristais de tempo fotônicos amplificam a luz dessa maneira específica e de maneira tão significativa.
“Descobrimos que reduzir a dimensionalidade de uma estrutura 3D para 2D tornou a implementação significativamente mais fácil, o que possibilitou a realização de cristais fotônicos de tempo na realidade”, diz Wang.
Embora as aplicações do mundo real ainda estejam um pouco distantes, a abordagem de usar metasuperfícies 2D como forma de produzir e examinar cristais fotônicos de tempo tornará esse tipo de pesquisa muito mais direto no futuro.
A descoberta da amplificação de ondas eletromagnéticas ao longo de superfícies, por exemplo, poderia eventualmente ajudar a melhorar os circuitos integrados encontrados em todos os lugares, de telefones a carros: a comunicação dentro desses circuitos seria potencialmente mais rápida e contínua.
Depois, há as comunicações sem fio, que podem sofrer com a queda do sinal à distância (e é por isso que você pode não conseguir Wi-Fi no topo da sua casa). Revestir superfícies com cristais de tempo fotônico 2D promete melhorar essa situação.
“Quando uma onda de superfície se propaga, ela sofre perdas de material e a intensidade do sinal é reduzida”, diz o físico Viktar Asadchy, da Universidade de Aalto, na Finlândia.
“Com cristais de tempo fotônico 2D integrados ao sistema, a onda de superfície pode ser amplificada e a eficiência da comunicação aprimorada.”
Publicado em 14/04/2023 17h44
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