um esboço da configuração experimental; a inserção mostra uma micrografia eletrônica de varredura (SEM) da microestrutura da fibra de cristal fotônico. A sequência de soliton supramolecular que se propaga nesta cavidade de laser de fibra conduz uma ressonância acústica no núcleo do PCF, criando uma rede optomecânica. Cada unidade da rede optomecânica pode acomodar vários solitons. Fibra dopada com érbio EDF, Multiplexador de divisão de comprimento de onda WDM, Diodo laser LD, Acoplador de saída OC, Controlador de polarização de fibra FPC, Atenuador ajustável TA, Isolador ISO. b Dentro de cada unidade da rede optomecânica, uma força de atração optomecânica de longo alcance surge entre os solitons. c Uma força competitiva de repulsão aparece devido às perturbações das ondas dispersivas. A inserção mostra um espectro de soliton típico com duas bandas laterais Kelly de intensidades desiguais. d A competição entre essas duas forças de longo alcance forma um potencial temporal, prendendo o segundo soliton. e Unidades multi-solitônicas estáveis podem se formar através do acúmulo em cascata de potenciais de aprisionamento. f O jitter de tempo de um soliton individual em uma supramolécula é análogo ao movimento térmico de uma única partícula presa em um potencial harmônico. Crédito: Nature Communications (2019). DOI:10.1038 / s41467-019-13746-6
Curtis Menyuk, professor de ciência da computação e engenharia elétrica da Universidade de Maryland, Condado de Baltimore (UMBC), colaborou com uma equipe dirigida por Philip Russell no Instituto Max-Planck para a Ciência da Luz (MPI) em Erlangen, Alemanha, para obter uma visão sobre os sistemas moleculares de ocorrência natural usando solitons ópticos em lasers. Sólitons ópticos são pacotes de luz que se unem e se movem a uma velocidade constante sem mudar de forma. Este trabalho, publicado em Nature Communications , foi iniciado enquanto Menyuk era Humboldt Senior Research Fellow na Divisão Russell do MPI.
Solitons são onipresentes na natureza, e uma onda de tsunami é um exemplo de soliton que ocorre naturalmente. Os solitons ópticos em lasers têm inúmeras aplicações e são usados para medir frequências com precisão sem precedentes. Em particular, eles têm sido usados para medir o tempo, aprimorar a tecnologia GPS, e detectar planetas distantes.
Sólitons ópticos podem ser fortemente ligados uns aos outros em lasers para fazer moléculas de solitons que são análogas às moléculas naturais, que consistem em átomos ligados covalentemente. Menyuk e seus colegas MPI demonstraram experimentalmente que este conceito pode ser estendido para criar supramoléculas ópticas.
As supramoléculas ópticas são grandes, matrizes complexas de moléculas ópticas fracamente ligadas que são semelhantes às supramoléculas de ocorrência natural, que são fracamente ligados por ligações não covalentes. As supramoléculas de ocorrência natural são usadas para armazenar e manipular quimicamente as informações de que os sistemas biológicos precisam para funcionar. Essas supramoléculas são conhecidas por desempenhar um papel fundamental na bioquímica, particularmente na química "anfitrião-convidado", que descreve duas ou mais moléculas que são mantidas juntas estruturalmente por forças diferentes das ligações covalentes.
O trabalho de Menyuk e seus colaboradores reuniu essas duas vertentes de pensamento aparentemente não relacionadas:sólidos ópticos e supramoléculas. A equipe de pesquisa mostrou que é possível armazenar e manipular informações que estão codificadas na configuração dos solitons que compõem uma supramolécula óptica.
"Reunir ideias de duas áreas da ciência aparentemente não relacionadas é uma das ferramentas mais poderosas que os engenheiros têm para fazer progresso, "Menyuk diz.
Análogos ópticos para outros sistemas físicos e naturais têm desempenhado um papel importante no aumento da nossa compreensão desses sistemas, e esse entendimento pode levar a novas aplicações. Ao imitar os processos que os sistemas biológicos usam em um sistema de laser em grande escala que pode ser manipulado e compreendido com relativa facilidade, Menyuk e seus colegas esperam obter uma melhor compreensão desses sistemas e abrir a porta para novas aplicações biomiméticas.
