Pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura e seus colaboradores revelaram um novo conceito denominado "acoplamento supercrítico" que permite um aumento de várias vezes na eficiência da conversão ascendente de fótons. Esta descoberta não só desafia os paradigmas existentes, mas também abre uma nova direção no controle da emissão de luz.



A conversão ascendente de fótons, o processo de conversão de fótons de baixa energia em fótons de maior energia, é uma técnica crucial com amplas aplicações, que vão desde imagens de super-resolução até dispositivos fotônicos avançados. Apesar do progresso considerável, a busca por uma conversão ascendente eficiente de fótons tem enfrentado desafios devido a limitações inerentes à irradiância de nanopartículas dopadas com lantanídeos e às condições críticas de acoplamento das ressonâncias ópticas.

O conceito de “acoplamento supercrítico” desempenha um papel fundamental na abordagem destes desafios. Esta abordagem fundamentalmente nova, proposta por uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Liu Xiaogang do Departamento de Química da NUS e seu colaborador, Dr. Gianluigi Zito do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália, aproveita a física dos "estados ligados no continuum" ( BIC).

BICs são fenômenos que permitem que a luz fique presa em estruturas abertas com tempos de vida teoricamente infinitos, ultrapassando os limites do acoplamento crítico. Esses fenômenos são diferentes do comportamento normal da luz.

Ao manipular a interação entre os modos escuro e claro dentro dessas estruturas, semelhante ao análogo clássico da transparência induzida eletromagneticamente, os pesquisadores não apenas melhoraram o campo óptico local, mas também controlaram com precisão a direção da emissão de luz.

Suas descobertas foram publicadas na revista Nature .

A validação experimental do acoplamento supercrítico marca um salto significativo, demonstrando um aumento de oito ordens de grandeza na luminescência de conversão ascendente. A configuração experimental envolve uma nanoplaca de cristal fotônico coberta com nanopartículas de conversão ascendente. Essas nanopartículas servem como fontes em microescala e lasers.

As propriedades únicas dos BICs, caracterizadas pela dispersão de luz insignificante e dimensões em microescala dos pontos de luz, foram aproveitadas para obter precisão na focagem e controle direcional da luz emitida. Isso abre novos caminhos para controlar o estado da luz.

O professor Liu disse:"Esta descoberta não é apenas uma descoberta fundamental, mas representa uma mudança de paradigma no campo da nanofotônica, alterando nossa compreensão da manipulação da luz em nanoescala. As implicações do acoplamento supercrítico vão além da conversão ascendente de fótons e oferecem avanços potenciais na tecnologia quântica. fotônica e vários sistemas baseados em ressonadores acoplados."

“À medida que a comunidade científica lida com as implicações deste trabalho, a porta fica aberta para um futuro onde a luz, um dos elementos mais fundamentais do nosso universo, pode ser controlada com precisão e eficiência incomparáveis”, acrescentou o Prof Liu.

Mais informações: Chiara Schiattarella et al, Conversão ascendente gigante da diretiva por estados ligados supercríticos no continuum, Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06967-9
Informações do diário: Natureza

Fornecido pela Universidade Nacional de Cingapura