Encolhimento de luz: o esquema de guia de onda permite campos ópticos subnanométricos altamente confinados

A luz é extremamente confinada em um nanolit em um par de nanofios acoplados. Crédito: Grupo de Nanofotônica da Universidade de Zhejiang

#Luz 

Imagine reduzir a luz ao tamanho de uma pequena molécula de água, abrindo um mundo de possibilidades quânticas. Este tem sido um sonho antigo nos domínios da ciência e tecnologia da luz. Avanços recentes nos aproximaram de alcançar esse feito incrível, pois pesquisadores da Universidade de Zhejiang fizeram progressos inovadores ao limitar a luz a escalas subnanométricas.

Tradicionalmente, existem duas abordagens para localizar a luz além de seu limite típico de difração: confinamento dielétrico e confinamento plasmônico. No entanto, desafios como fabricação de precisão e perda óptica impediram o confinamento de campos ópticos a níveis abaixo de 10 nanômetros (nm) ou mesmo de 1 nm. Mas agora, um novo esquema de guia de onda relatado na Advanced Photonics promete desbloquear o potencial de campos ópticos subnanométricos.

Imagine isto: a luz viaja de uma fibra óptica regular, embarcando em uma jornada transformadora através de um cone de fibra e encontra seu destino em um par de nanofios acoplados (CNP). Dentro do CNP, a luz se transforma em um notável modo de nano-fenda, gerando um campo óptico confinado que pode ser tão pequeno quanto uma mera fração de um nanômetro (aproximadamente 0,3 nm). Com uma eficiência surpreendente de até 95% e uma alta relação pico-fundo, esta nova abordagem oferece um novo mundo de possibilidades.

O novo esquema de guia de onda estende seu alcance na faixa espectral do infravermelho médio, ampliando ainda mais os limites do nanouniverso. O confinamento óptico pode agora atingir uma escala surpreendente de aproximadamente 0,2 nm (λ/20000), oferecendo ainda mais oportunidades para exploração e descoberta.

Esquema de guiamento de onda para gerar um campo óptico confinado em subnm em um modo de nanofenda. (a) Ilustração esquemática do esquema de guiamento de onda do CNP. (b) Gráfico 3-D da distribuição de intensidade de campo transversal do modo nano-fenda. Crédito: Advanced Photonics (2023). DOI: 10.1117/1.AP.5.4.046003

O professor Limin Tong, do Grupo de Nanofotônica da Universidade de Zhejiang, observa: “Ao contrário dos métodos anteriores, o esquema de guiamento de onda se apresenta como um sistema óptico linear, trazendo uma série de vantagens.

Este resumo em vídeo inclui uma demonstração animada dos autores:

Gerando um campo óptico confinado em subnanometros em um modo de guia de onda nanolit

As aplicações potenciais de tais avanços são inspiradoras. Um campo óptico tão localizado que pode interagir com moléculas ou átomos individuais promete avanços nas interações luz-matéria, nanoscopia de super-resolução, manipulação de átomo/molécula e detecção ultrassensível. Estamos à beira de uma nova era de descobertas, onde os menores reinos da existência estão ao nosso alcance.


Publicado em 22/07/2023 20h45

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