(Phys.org) —Físicos demonstraram um novo modo de onda eletromagnética chamada de "onda linear, "que viaja ao longo de uma linha infinitamente fina ao longo da interface entre duas superfícies adjacentes com diferentes propriedades eletromagnéticas. Os cientistas esperam que as ondas de linha sejam úteis para o encaminhamento e concentração eficientes de energia eletromagnética, com aplicações potenciais em áreas como fotônica integrada, interações luz-matéria, e óptica quiral quiral.

Os pesquisadores, Dia'aaldin J. Bisharat, da City University of Hong Kong e da University of California, San Diego, e Daniel F. Sievenpiper da Universidade da Califórnia, San Diego, publicaram um artigo sobre sua demonstração de ondas de linha em uma edição recente da Cartas de revisão física .

"São as primeiras ondas eletromagnéticas guiadas por um infinitesimal, objeto unidimensional, "Sievenpiper disse Phys.org . "O guia de ondas nada mais é do que uma linha, que é uma interface entre duas folhas ou planos adjacentes. Isso também leva a uma concentração de campo muito alta, e os campos eletromagnéticos realmente têm uma singularidade na linha, o que significa que eles se aproximam do infinito no limite matemático. Claro, em materiais reais com espessura finita, os campos não podem ser infinitos, mas eles ainda podem estar altamente concentrados. "

Como explicam os físicos, as novas ondas de linha eletromagnética são uma reminiscência de ondas de superfície eletromagnéticas, que ocorrem na interface entre dois tipos diferentes de superfícies colocadas uma sobre a outra. As ondas de superfície podem ser usadas para confinar e guiar fortemente a luz, tornando-os úteis para aplicações de transmissão e comunicação de energia.

As ondas lineares são semelhantes às ondas de superfície, pois também estão confinadas à interface entre duas superfícies, mas com ondas de linha as superfícies são colocadas lado a lado, restringindo a interface a uma linha. A chave para perceber as ondas lineares é que uma das superfícies é indutiva, enquanto a outra é capacitiva. Considerando que a superfície indutiva suporta ondas polarizadas magnéticas transversais, a superfície capacitiva suporta ondas elétricas polarizadas transversais. Quando os dois tipos de superfície são colocados lado a lado, esses dois limites diferentes suportam ondas de linha na interface. Outra característica importante das ondas lineares, como explicam os físicos, é que eles evitam naturalmente o retroespalhamento.

"As ondas lineares também têm outra propriedade especial, que é que polarizações opostas só podem se propagar em direções opostas, "Sievenpiper disse." Isso significa que defeitos na linha não podem espalhar ondas de volta para a fonte, portanto, este tipo de guia de ondas evita naturalmente reflexos indesejados. Isso é semelhante aos isoladores topológicos fotônicos desenvolvidos recentemente, mas as ondas de linha têm algumas vantagens, como largura de banda mais ampla, e permitem uma fabricação mais simples. "

Os cientistas demonstraram ondas de linha em experimentos e simulações usando metassuperfícies periódicas, e eles esperam que possam aumentar ainda mais a faixa operacional usando outros materiais. Uma possibilidade é o grafeno, que pode ser projetada para ser uma superfície indutiva ou uma superfície capacitiva, dependendo do seu nível de dopagem.

Para demonstrar o controle das ondas lineares, os físicos mostraram em simulações como as ondas lineares podem ser guiadas ao longo de caminhos curvos e direcionados para fazer curvas fechadas. Esta capacidade de confinar e transportar energia eletromagnética de forma controlada provavelmente será útil para a construção de dispositivos de rede e aplicações fotônicas integradas, que os pesquisadores planejam investigar no futuro.

"Ondas de linha podem ser usadas para guias de ondas ópticas integradas, por exemplo, "Sievenpiper disse." Sua alta concentração de campo pode permitir moduladores ópticos de maior desempenho ou detectores químicos sensíveis. O fato de que eles suportam propagação unilateral com retroespalhamento insignificante pode habilitar isoladores ópticos ou circuladores. Se feito com materiais como grafeno, guias de onda de linha podem ser eletricamente reconfiguráveis, levando a circuitos ópticos programáveis ​​em campo. "

No futuro, os pesquisadores planejam trabalhar na realização desses tipos de circuitos ópticos.

"Estamos iniciando dois novos projetos baseados em ondas de linha. O primeiro é reduzi-los a frequências ópticas e demonstrar componentes fotônicos como isoladores e moduladores com melhor desempenho do que seus equivalentes convencionais. A próxima etapa seria construí-los usando materiais sintonizáveis ​​para fazer circuitos ópticos reconfiguráveis.

“Também estamos iniciando um projeto para estender este conceito do domínio eletromagnético para ondas acústicas ou de fônon, para habilitar materiais com novas propriedades para controlar a vibração, propagação de som, e transporte de calor. "

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