Metamateriais - meios artificiais com estruturas de subcomprimento de onda personalizadas - agora abrangem uma ampla gama de novas propriedades que não estão disponíveis na natureza. Este campo de pesquisa se estendeu por diferentes plataformas de ondas, levando à descoberta e demonstração de uma riqueza de fenômenos de ondas exóticas. Mais recentemente, os conceitos de metamateriais foram estendidos ao domínio temporal, abrindo caminho para conceitos completamente novos para controle de ondas, como propagação não recíproca, reversão de tempo, novas formas de ganho óptico e arrasto.
Enquanto isso, o conceito de matéria projetada também inspirou esforços de pesquisa significativos em física da matéria condensada, ampliando o horizonte das fases conhecidas da matéria. De particular interesse tem sido a actividade recente na matéria Floquet, caracterizada por modulações periódicas impostas, e. através de um forte pulso óptico, na paisagem de energia experimentada pelos elétrons em um sistema, alterando drasticamente sua dinâmica de estado estacionário.

Em um novo artigo da Perspective publicado na eLight , uma equipe de cientistas liderada pelo professor Andrea Alù da City University of New York (CUNY) aponta a janela de oportunidade oferecida na confluência entre a matéria Floquet e os metamateriais. Seu documento Perspective destaca as oportunidades interessantes que emergem de suas sinergias.

Um domínio onde a física de Floquet recentemente encontrou terreno fértil é o dos isolantes topológicos, materiais que hospedam ondas imunes à dispersão de impurezas ou desordem em um material, e cuja descoberta levou ao Prêmio Nobel de Física de 2016. Isoladores topológicos estáticos normalmente extraem suas propriedades exóticas de seu arranjo cristalino espacial específico ou da aplicação de um campo magnético. No entanto, a modulação temporal periódica em um sistema Floquet também pode produzir um campo magnético efetivo sintético, que não é exclusivo dos elétrons, mas pode ser realizado por ondas eletromagnéticas (fótons), vibrações elásticas em um material sólido ou ar (fônons), ou mesmo ondas de água, que normalmente não sofrem os efeitos de um campo magnético físico.

Implementações ópticas de sistemas Floquet têm sido tradicionalmente realizadas substituindo a direção temporal por uma espacial. No entanto, de acordo com o teorema de Noether, as heterogeneidades temporais implicam intrinsecamente a presença de ganho e perda em um sistema:A suposição comum de conservação de energia geralmente não se sustenta em tal cenário, em que a energia é trocada com o mecanismo externo (que atua como um mecanismo de energia banho) exercendo a modulação do tempo. Devido à sua dinâmica intrínseca de não equilíbrio, os sistemas topológicos Floquet podem hospedar características únicas não disponíveis em suas contrapartes estáticas.

Paralelamente, os metamateriais permitem a adaptação de interações extremas onda-matéria, e a dimensão temporal surgiu recentemente como um novo grau de liberdade para projetar dinâmicas de ondas exóticas. Isso incluiu a reversão do tempo (ou seja, o análogo temporal da reflexão em um limite entre dois meios), não reciprocidade (propagação de onda dependente da direção em um material) e muitos outros efeitos. É importante ressaltar que o conceito de metamaterial agora se expandiu na maioria dos reinos de ondas, oferecendo uma plataforma ideal onde conceitos originados na comunidade de física Floquet podem florescer e encontrar um rico playground experimental.

No entanto, a amplitude da física ondulatória englobada pelos conceitos de metamateriais também traz suas próprias complexidades exóticas e riqueza de sofisticação física. Por exemplo, a maioria dos sistemas fotônicos apresenta um retardo temporal intrínseco em sua resposta a uma onda incidente, que normalmente está ausente ao resolver a equação de Schrõdinger para ondas de matéria, como elétrons. Esse efeito, chamado de dispersão (que está por trás da divisão da luz branca nas cores do arco-íris por um prisma, por exemplo), apresenta um rico playground para projetar novas formas de respostas materiais quando as propriedades do material são alteradas no tempo em velocidades ultrarrápidas. Essas mudanças ultrarrápidas (mais rápidas que o período da onda) nas propriedades dos materiais imitam, no domínio temporal, o que no campo dos metamateriais são chamados de meta-átomos:estes são os blocos de construção fundamentais cuja resposta individual e arranjo periódico, dão origem às propriedades emergentes de um metamaterial.

Assim, adaptar a mudança temporal específica aplicada a uma meta-estrutura abre um caminho inexplorado para o design de metamateriais Floquet, estruturas onde a sinergia entre a resposta de metaátomos temporais únicos e seu comportamento emergente Floquet pode ser aproveitada para o design de metamateriais completamente novas formas de interações onda-matéria. Assim, essa confluência promete enriquecer ambos os campos com o desenvolvimento de novos conceitos fundamentais, bem como uma riqueza de oportunidades para implementações experimentais em todos os domínios de ondas (clássicas). + Explorar mais

Nick of time:a variação temporal da interação luz-matéria aumenta os metamateriais fotônicos