Os físicos da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) conseguiram, pela primeira vez, provar um efeito fundamental há muito previsto, mas ainda não confirmado. Na anisotropia quiral Faraday, as características de propagação das ondas de luz são alteradas simultaneamente pelas propriedades naturais e induzidas pelo campo magnético do meio através do qual a luz viaja. Os pesquisadores obtiveram prova disso ao conduzir experimentos com hélices de níquel em escala nanométrica. Suas descobertas foram publicadas na revista acadêmica Cartas de revisão física .

A luz é transmitida como ondas senoidais que consistem em campos elétricos e magnéticos cruzados e interage com a matéria. Essa interação pode ser influenciada, em particular, por campos magnéticos externos. Um dos exemplos mais conhecidos dessa atividade magneto-óptica é o efeito Faraday:se a luz é dirigida por meio magnético, como um cristal, o plano de polarização das ondas de luz se inclina em um certo ângulo. Este fenômeno é causado puramente pelo campo magnético e se torna mais pronunciado se a luz passar pelo meio novamente na direção oposta. O efeito de rotação só pode ser neutralizado se a direção do campo magnético também for alterada.

O efeito oposto é visto na atividade ótica natural de meios quirais sem um campo magnético, em que a rotação do plano de polarização é cancelada quando a luz passa pelo meio mais uma vez na direção oposta. Quiral significa que moléculas ou figuras têm uma imagem de espelho que não pode ser sobreposta a ela simplesmente por rotação. Os exemplos são as mãos esquerda e direita de um ser humano ou conchas de caracol com espirais correndo em direções opostas. As moléculas de açúcar também são quirais. A maneira como eles interagem com a luz pode ser usada, por exemplo, para determinar a concentração de açúcar nas uvas.

Seguindo os passos de Louis Pasteur

Os cientistas estão cientes de ambos os fenômenos - atividade ótica natural e magnética - há mais de 150 anos, e quase ao mesmo tempo, os cientistas têm certeza de que deve existir uma combinação dos dois. "Até mesmo Louis Pasteur, o famoso cientista francês, tentou provar uma correlação usando vários experimentos diferentes, "explica Vojislav Krsti, Professor de Física Aplicada da FAU. "Claro, Pasteur não tinha os instrumentos sensíveis para medir a frequência que temos hoje. Mas mesmo usando essa tecnologia, a prova ainda permaneceu elusiva, em grande parte devido ao fato de que ninguém projetou uma configuração de experimento adequada. "

Uma colaboração internacional liderada por Vojislav Krsti agora teve sucesso onde Pasteur e muitos outros pesquisadores falharam. Eles se tornaram os primeiros a confirmar a "anisotropia quiral de Faraday 'em um experimento, fornecer uma das últimas peças que faltam na teoria magneto-óptica fundamental. Seu sucesso foi devido a uma configuração única de experimento com base em hélices de níquel. Os pesquisadores produziram espirais em espiral no sentido horário e anti-horário, semelhante em forma à massa fusilli italiana, na escala nanométrica, vaporizando o níquel e reunindo os átomos em um disco giratório. "A rotação do disco significa que as nanoestruturas assumem a forma de parafuso em vez de formarem pilares, como costuma acontecer, "explica Krsti.

Uma 'floresta' de hélices como meio quiral

Para o próprio experimento, uma "floresta" de hélices magnéticas de níquel foi montada em uma camada de prata. Em uma parte do experimento, apenas espirais anti-horário foram usadas, e na segunda apenas no sentido horário. As hélices atuaram como um meio quiral, e a camada de prata refletiu o feixe de luz dirigido a ela. "O fato de refletirmos a luz em vez de simplesmente direcioná-la através do meio foi um fator decisivo, "diz Vojislav Krsti.

A ideia por trás do experimento era que, se a luz passasse pelas hélices tanto na viagem de ida quanto na de volta, e se a direção do campo magnético for alterada com um grande grau de precisão, então, em teoria, os dois efeitos fundamentais deveriam se anular, não importa se as hélices são no sentido horário ou anti-horário. Se ambos os fenômenos influenciam um ao outro, Contudo, então, um sinal de rede deve ser deixado sobre o qual se comporta de maneira oposta para hélices no sentido horário e anti-horário. Notas de Krsti, "De fato medimos um sinal de rede exatamente como este, provando assim a correlação do efeito quiral e magnético. Foi um daqueles 'Eureka!' momentos com que todo pesquisador sonha. "

Pesquisa de astrologia em laboratório e impulsos para eletrônica quântica

Com suas pesquisas, os pesquisadores liderados por Vojislav Krsti não conseguiram apenas fornecer provas experimentais de uma teoria magneto-óptica que há muito foi prevista. Sua abordagem também significa que os pesquisadores serão capazes de pesquisar certos fenômenos astrofísicos na Terra. É pensado, por exemplo, que a anisotropia quiral Faraday ocorre em nuvens de gás magnetizadas nas quais certas astropartículas modificam o espectro de luz irradiado pelos meios galácticos e intergalácticos. As descobertas também podem dar novos impulsos para um estudo mais aprofundado de tecnologias quânticas para interruptores eletrônicos, como o processo optomagnético descrito também é encontrado analogamente durante a excitação eletrônica em corpos sólidos.