Espaço, a fronteira final. A nave estelar Enterprise segue sua missão de explorar a galáxia, quando todos os canais de comunicação são subitamente cortados por uma nebulosa impenetrável. Em muitos episódios da icônica série de TV, a valente equipe deve “teclar a tecnologia” e “ciência da ciência” em apenas 45 minutos de tempo de transmissão para facilitar sua fuga dessa situação ou de uma situação semelhante antes dos créditos finais. Apesar de passar um tempo significativamente maior em seus laboratórios, uma equipe de cientistas da Universidade de Rostock conseguiu desenvolver uma abordagem totalmente nova para o projeto de materiais artificiais que podem transmitir sinais de luz sem distorções por meio de fluxos de energia precisamente ajustados. Eles publicaram seus resultados em Science Advances .
"Quando a luz se espalha em um meio não homogêneo, ela sofre espalhamento. Esse efeito rapidamente transforma um feixe compacto e direcionado em um brilho difuso, e é familiar para todos nós, tanto das nuvens de verão quanto da neblina do outono", disse o professor Alexander Szameit, do Instituto de Física da Universidade de Rostock descreve o ponto de partida das considerações de sua equipe. Notavelmente, é a distribuição de densidade microscópica de um material que dita as especificidades do espalhamento. Szameit continua:"A ideia fundamental da transparência induzida é aproveitar uma propriedade óptica muito menos conhecida para abrir caminho para o feixe, por assim dizer".

Esta segunda propriedade, conhecida no campo da fotônica sob o misterioso título de não-Hermiticidade, descreve o fluxo de energia, ou, mais precisamente, a amplificação e atenuação da luz. Intuitivamente, os efeitos associados podem parecer indesejáveis ​​- particularmente o desvanecimento de um feixe de luz devido à absorção parece altamente contraproducente para a tarefa de melhorar a transmissão do sinal. No entanto, os efeitos não-hermitianos tornaram-se um aspecto fundamental da óptica moderna, e todo um campo de pesquisa se esforça para aproveitar a interação sofisticada de perdas e amplificação para funcionalidades avançadas.

"Esta abordagem abre possibilidades inteiramente novas", relata a estudante de doutorado Andrea Steinfurth, primeira autora do artigo. Em relação a um feixe de luz, torna-se possível amplificar ou amortecer seletivamente partes específicas de um feixe no nível microscópico para neutralizar qualquer início de degradação. Para permanecer na imagem da nebulosa, suas propriedades de dispersão de luz podem ser completamente suprimidas. "Estamos modificando ativamente um material para adaptá-lo à melhor transmissão possível de um sinal de luz específico", explica Steinfurth. “Para isso, o fluxo de energia deve ser controlado com precisão, para que possa se encaixar no material e no sinal como peças de um quebra-cabeça”. Em estreita colaboração com parceiros da Universidade de Tecnologia de Viena, os pesquisadores de Rostock enfrentaram com sucesso esse desafio. Em seus experimentos, eles foram capazes de recriar e observar as interações microscópicas de sinais de luz com seus materiais ativos recém-desenvolvidos em redes de fibras ópticas de quilômetros de comprimento.

Na verdade, a transparência induzida é apenas uma das possibilidades fascinantes que surgem dessas descobertas. Se um objeto deve realmente desaparecer, a prevenção da dispersão não é suficiente. Em vez disso, as ondas de luz devem emergir por trás dele completamente imperturbáveis. No entanto, mesmo no vácuo do espaço, a difração por si só garante que qualquer sinal inevitavelmente mudará sua forma. "Nossa pesquisa fornece a receita para estruturar um material de tal forma que os feixes de luz passem como se nem o material, nem a própria região do espaço que ele ocupa existisse. Nem mesmo os dispositivos de camuflagem fictícios dos romulanos podem fazer isso", diz co-autor Dr. Matthias Heinrich, voltando para a fronteira final de Star Trek.

As descobertas apresentadas neste trabalho representam um avanço na pesquisa fundamental sobre fotônica não-hermitiana e fornecem novas abordagens para o ajuste fino ativo de sistemas ópticos sensíveis, por exemplo, sensores para uso médico. Outras aplicações potenciais incluem criptografia óptica e transmissão segura de dados, bem como a síntese de materiais artificiais versáteis com propriedades personalizadas. + Explorar mais

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