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    Pesquisadores anunciam avanço fóton-fônon

    Cristais fotônicos topologicamente distintos (laranja e azul) com uma camada de nitreto de boro hexagonal no topo permitem o acoplamento de luz topológica e vibrações de rede para formar excitações de meia-luz de meia-vibração quirais, que pode ser guiado direcionalmente ao longo dos canais 1D de maneira robusta. Crédito:Filipp Komissarenko e Sriram Guddala

    Uma nova pesquisa feita por uma equipe do City College de Nova York descobriu uma nova maneira de combinar dois estados diferentes da matéria. Pela primeira vez, fótons topológicos - luz - foram combinados com vibrações de rede, também conhecido como fônons, para manipular sua propagação de forma robusta e controlável.

    O estudo utilizou fotônica topológica, uma direção emergente em fotônica que alavanca idéias fundamentais do campo matemático da topologia sobre quantidades conservadas - invariantes topológicos - que permanecem constantes ao alterar partes de um objeto geométrico sob deformações contínuas. Um dos exemplos mais simples de tais invariantes é o número de buracos, que, por exemplo, torna o donut e a caneca equivalentes do ponto de vista topológico. As propriedades topológicas conferem aos fótons helicidade, quando os fótons giram enquanto se propagam, levando a características únicas e inesperadas, tais como robustez a defeitos e propagação unidirecional ao longo de interfaces entre materiais topologicamente distintos. Graças às interações com vibrações em cristais, esses fótons helicoidais podem então ser usados ​​para canalizar a luz infravermelha junto com as vibrações.

    As implicações deste trabalho são amplas, em particular, permitindo que os pesquisadores avancem a espectroscopia Raman, que é usado para determinar os modos vibracionais das moléculas. A pesquisa também é promissora para a espectroscopia vibracional - também conhecida como espectroscopia infravermelha - que mede a interação da radiação infravermelha com a matéria por meio de absorção, emissão, ou reflexão. Isso pode então ser utilizado para estudar, identificar e caracterizar substâncias químicas.

    "Acoplamos fótons helicoidais com vibrações de rede em nitreto de boro hexagonal, criando uma nova matéria híbrida conhecida como fônon-polaritons, "disse Alexander Khanikaev, autor principal e físico com afiliação na Escola de Engenharia Grove do CCNY. "É metade luz e metade vibrações. Como a luz infravermelha e as vibrações da rede estão associadas ao calor, criamos novos canais de propagação de luz e calor juntos. Tipicamente, as vibrações da rede são muito difíceis de controlar, e guiá-los em torno de defeitos e cantos agudos era impossível antes. "

    A nova metodologia também pode implementar transferência de calor radiativa direcional, uma forma de transferência de energia durante a qual o calor é dissipado por meio de ondas eletromagnéticas.

    "Podemos criar canais de forma arbitrária para que esta forma de excitação híbrida de luz e matéria seja guiada dentro de um material bidimensional que criamos, "acrescentou o Dr. Sriram Guddala, pesquisador de pós-doutorado no grupo do Prof. Khanikaev e o primeiro autor do manuscrito. "Este método também nos permite mudar a direção de propagação das vibrações ao longo desses canais, para a frente ou para trás, simplesmente comutando polarizações de lateralidade do feixe de laser incidente. Interessantemente, à medida que os fonon-polaritons se propagam, as vibrações também giram junto com o campo elétrico. Esta é uma maneira inteiramente nova de guiar e girar as vibrações da rede, o que também os torna helicoidais. "

    Intitulado "Afunilamento de fônon-polaritão topológico em metassuperfícies do infravermelho médio, "o estudo aparece na revista Ciência .


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