Redemoinhos de água, anéis de fumaça, tornados violentos e galáxias espirais são exemplos de torções em fluidos, embora muito diferentes entre si. Torções análogas, mas no campo da luz, foram criadas pelo grupo de pesquisa coordenado por Antonio Ambrosio no IIT-Istituto Italiano di Tecnologia, em Milão (Itália). Os resultados, publicados na revista Nature Photonics , mostram a realização de 100 vórtices de luz, acoplados para formar uma estrutura ordenada, um cristal de luz.
Interação mútua de luz e materiais nanoestruturados é o foco da pesquisa de Antonio Ambrosio, Pesquisador Principal da linha de pesquisa Nanoimagem Vetorial do IIT em Milão e bolsista do projeto ERC Consolidator "METAmorphoses".

Geradores de luz torcidos foram desenvolvidos nos últimos anos, mas normalmente criam um único vórtice que se propaga sozinho no espaço livre. Pesquisadores do IIT mostraram que é possível criar 100 vórtices de luz, acoplados em um cristal de luz ordenado.

O grupo em Milão também inclui o Ph.D. aluno Michael de Oliveira e o pesquisador Marco Piccardo, também primeiro autor do artigo. Seus resultados mostram como uma superfície de nanoestrutura pode ser empregada como uma máscara para controlar simultaneamente todos os parâmetros de vários feixes de laser, não apenas sua intensidade. O grupo mostrou que isso é possível projetando uma matriz de metasuperfícies, ou seja, dispositivos ópticos nanoestruturados, que moldam o feixe de luz em um espaço 100 vezes mais fino que um fio de cabelo humano. As metasuperfícies realizadas moldam a frente de onda de luz como um saca-rolhas, gerando um vórtice óptico.

A inserção da matriz de metasuperfície dentro de uma cavidade de laser, onde a luz reflete continuamente entre dois espelhos, abre a porta para novas propriedades, como a autocura de um defeito no sistema ou a reconfigurabilidade do número de torções que a luz faz. Tais propriedades resultam da interação entre diferentes vórtices do cristal:cada vórtice é de fato modelado pela interação com outros vórtices de uma rede sintonizável.

A capacidade de ajustar o número de torções sob demanda é um recurso exclusivo do laser de metasuperfície. Embora os dispositivos tenham um design fixo e possam gerar apenas um tipo específico de vórtice óptico no espaço livre, quando inseridos em uma cavidade de laser, as propriedades dos vórtices – conhecidas como sua topologia – podem ser alteradas simplesmente ajustando um espelho de cavidade. Essa funcionalidade pode ser usada para modular dinamicamente a luz transmitindo informações úteis nas torções para comunicações ópticas.

O sistema desenvolvido em Milão é robusto e também tem potencial para processar informações codificadas em diferentes sistemas acoplados, incluindo galáxias distantes e enormes. Graças a esses novos resultados, agora é possível simular em laboratório sistemas acoplados complexos, com ordem alterada por defeitos estáveis, difíceis de serem reproduzidos de outra forma, pois envolvem escala gigantesca, como galáxias, ou parte de sistemas hidrodinâmicos extremos.

Nas próximas etapas, os pesquisadores vão investigar como ajustar a força da interação entre os vórtices e estender o sistema para um número ainda maior de vórtices. + Explorar mais

Novo tipo de metasuperfície permite controle de laser sem precedentes