Cinco anos atrás, O acadêmico de pós-doutorado de Stanford, Momchil Minkov, encontrou um quebra-cabeça que estava impaciente para resolver. No centro de seu campo de óptica não linear estão os dispositivos que mudam a luz de uma cor para outra - um processo importante para muitas tecnologias dentro das telecomunicações, informática e equipamentos baseados em laser e ciência. Mas Minkov queria um dispositivo que também capturasse as duas cores de luz, um feito complexo que poderia melhorar muito a eficiência desse processo de mudança de luz - e ele queria que fosse microscópico.

"Fui exposto pela primeira vez a esse problema por Dario Gerace, da Universidade de Pavia, na Itália, enquanto eu estava fazendo meu doutorado. na Suíça. Tentei trabalhar nisso, mas é muito difícil, "Minkov disse." Isso esteve na minha mente desde então. Ocasionalmente, Eu mencionaria isso para alguém da minha área e eles diriam que era quase impossível. "

Para provar que o quase impossível ainda era possível, Minkov e Shanhui Fan, professor de engenharia elétrica em Stanford, desenvolveu diretrizes para a criação de uma estrutura cristalina com uma forma não convencional de duas partes. Os detalhes de sua solução foram publicados 6 de agosto em Optica , com Gerace como co-autor. Agora, a equipe está começando a construir sua estrutura teorizada para testes experimentais.

Uma receita para confinar a luz

Qualquer pessoa que encontrou um apontador laser verde viu a ótica não linear em ação. Dentro desse apontador laser, uma estrutura de cristal converte luz laser de infravermelho em verde. (A luz do laser verde é mais fácil para as pessoas verem, mas os componentes para fazer lasers apenas verdes são menos comuns.) Esta pesquisa tem como objetivo decretar uma conversão semelhante de comprimento de onda pela metade, mas em um espaço muito menor, o que poderia levar a uma grande melhoria na eficiência energética devido às complexas interações entre os feixes de luz.

O objetivo da equipe era forçar a coexistência dos dois feixes de laser usando uma cavidade de cristal fotônico, que pode focar a luz em um volume microscópico. Contudo, cavidades de cristal fotônico existentes geralmente confinam apenas um comprimento de onda de luz e suas estruturas são altamente personalizadas para acomodar esse comprimento de onda.

Então, em vez de fazer uma estrutura uniforme para fazer tudo, esses pesquisadores desenvolveram uma estrutura que combina duas maneiras diferentes de confinar a luz, um para segurar a luz infravermelha e outro para segurar o verde, tudo ainda contido em um minúsculo cristal.

"Ter métodos diferentes para conter cada luz acabou sendo mais fácil do que usar um mecanismo para ambas as frequências e, em algum sentido, é completamente diferente do que as pessoas pensavam que precisavam fazer para realizar esse feito, "Fan disse.

Depois de acertar os detalhes de sua estrutura de duas partes, os pesquisadores produziram uma lista de quatro condições, que deve orientar os colegas na construção de uma cavidade de cristal fotônico capaz de conter dois comprimentos de onda de luz muito diferentes. Seu resultado parece mais uma receita do que um esquema, porque as estruturas de manipulação de luz são úteis para tantas tarefas e tecnologias que os projetos para elas precisam ser flexíveis.

"Temos uma receita geral que diz, 'Diga-me qual é o seu material e eu direi as regras que você precisa seguir para obter uma cavidade de cristal fotônico que é muito pequena e confina a luz em ambas as frequências, '"Minkov disse.

Computadores e curiosidade

Se os canais de telecomunicações fossem uma rodovia, alternar entre diferentes comprimentos de onda de luz seria igual a uma mudança rápida de faixa para evitar uma desaceleração - e uma estrutura que mantém vários canais significa uma mudança mais rápida. A óptica não linear também é importante para computadores quânticos porque os cálculos nesses computadores dependem da criação de partículas emaranhadas, que pode ser formado por meio do processo oposto que ocorre no cristal do laboratório Fan - criando partículas vermelhas geminadas de luz a partir de uma partícula de luz verde.

Vislumbrar possíveis aplicações de seu trabalho ajuda esses pesquisadores a escolher o que estudarão. Mas também são motivados pelo desejo de um bom desafio e pela intrincada estranheza de sua ciência.

"Basicamente, trabalhamos com uma estrutura de laje com furos e ao arranjar esses furos, podemos controlar e manter a luz, "Fan disse." Nós movemos e redimensionamos esses pequenos orifícios em bilionésimos de um metro e isso marca a diferença entre o sucesso e o fracasso. É muito estranho e infinitamente fascinante. "

Em breve, esses pesquisadores enfrentarão essas complexidades no laboratório, já que estão começando a construir sua cavidade de cristal fotônico para testes experimentais.