Yago del Valle e sua equipe do Instituto Riken e da empresa NTT, ambos localizados no Japão, conceberam uma rota exclusiva não para veículos automotores, mas para quasipartículas conhecidas como polaritons, uma forma híbrida de partícula luz-matéria que está se destacando em diversas aplicações de tecnologia de ponta.
De acordo com os pesquisadores, sua “esteira rolante para quasipartículas” abrirá caminho para o desenvolvimento de novos dispositivos com aplicações em áreas como metrologia quântica e informação quântica, entre outras. Essa via exibe comportamentos notáveis, incluindo transporte sem dissipação, o que implica que as partículas podem se movimentar sem perda de energia, além de outros fenômenos quânticos extraordinários.
Os cientistas empregaram a interferência entre dois lasers para forjar uma paisagem energética dinâmica – imagine uma paisagem com vales e colinas em movimento contínuo. Esse gradiente funciona como um guia para um estado coerente de polaritons, análogo ao laser – a distinção é que, ao invés de fótons, esse condensado de polaritons é constituído pelas quasipartículas.
“Conseguimos gerar um estado topológico de luz em uma estrutura semicondutora através de um mecanismo que envolve a rápida modulação da paisagem energética, resultando na introdução de uma dimensão sintética,” explicou o professor Michael Fraser. Uma dimensão sintética é um método para mapear uma dimensão não espacial, neste caso o tempo, em uma dimensão análoga ao espaço, permitindo que a dinâmica do sistema evolua em um número maior de dimensões, tornando-o mais adequado para as manipulações desejadas.
[Imagem: Redondo]
Usando este método experimental simples, baseado na interferência entre dois lasers, os cientistas conseguiram arranjar os polaritons de forma precisa nas dimensões adequadas para criar uma estrutura de banda artificial. Isso significa que as partículas se organizaram em faixas de energia, semelhantes aos elétrons em um material. E essas faixas podem ser manipuladas ajustando-se as dimensões, profundidade e velocidade da rede óptica de polaritons.
Ao ajustar a diferença de frequência entre os dois lasers, a esteira transportadora move-se a velocidades aproximadas de 0,1% da velocidade da luz, levando os polaritons a um novo estado.
Devido a esse movimento rápido, os polaritons percebem uma paisagem de energia potencial diferente, dependendo se estão se movendo a favor ou contra o fluxo da rede, um efeito análogo ao deslocamento Doppler do som. Essa resposta assimétrica quebra a simetria da reversão do tempo, resultando na não reciprocidade e na formação de uma estrutura de banda topológica.
“Estados fotônicos com propriedades topológicas podem ser aplicados em dispositivos optoeletrônicos avançados, nos quais a topologia pode significativamente melhorar o desempenho de dispositivos ópticos, circuitos e redes. Isso pode incluir a redução de ruído e limites de potência de emissão a laser, bem como o encaminhamento de ondas ópticas sem perda de energia. Além disso, a simplicidade e robustez de nossa técnica abrem novas possibilidades para o desenvolvimento de dispositivos fotônicos topológicos com aplicações em metrologia quântica e informação quântica,” concluiu Fraser.
Com informações de Nature.
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