(Phys.org) —Físicos inscritos na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard (SEAS) demonstraram que podem alterar a intensidade, Estágio, e polarização de raios de luz usando um design semelhante a um holograma decorado com estruturas em nanoescala.

Como prova de princípio, os pesquisadores usaram para criar um estado incomum de luz chamado feixe radialmente polarizado, o que - porque pode ser focalizado com muita precisão - é importante para aplicações como litografia de alta resolução e para capturar e manipular partículas minúsculas como vírus.

Esta é a primeira vez que um single, dispositivo simples foi projetado para controlar essas três propriedades principais da luz de uma vez. (A fase descreve como duas ondas interferem para fortalecer ou cancelar uma à outra, dependendo de como suas cristas e vales se sobrepõem; a polarização descreve a direção das vibrações da luz; e a intensidade é o brilho.)

"Nosso laboratório usa a nanotecnologia para brincar com a luz, "diz Patrice Genevet, um associado de pesquisa em Harvard SEAS e co-autor principal de um artigo publicado este mês em Nano Letras . "Nesta pesquisa, usamos a holografia de uma maneira nova, incorporando nanotecnologia de ponta na forma de estruturas de comprimento de onda em uma escala de apenas dezenas de nanômetros. ”Um nanômetro é igual a um bilionésimo de um metro.

Genevet trabalha no laboratório de Federico Capasso, Robert L. Wallace Professor de Física Aplicada e Vinton Hayes Pesquisador Sênior em Engenharia Elétrica em Harvard SEAS. O grupo de pesquisa de Capasso nos últimos anos se concentrou na nanofotônica - a manipulação da luz em escala nanométrica - com o objetivo de criar novos feixes de luz e efeitos especiais que surgem da interação da luz com materiais nanoestruturados.

Usando esses novos hologramas nanoestruturados, os pesquisadores de Harvard converteram o convencional, luz laser polarizada circularmente em feixes polarizados radialmente em comprimentos de onda que abrangem o espectro de luz visível e infravermelho próximo tecnologicamente importante.

"Quando a luz é radialmente polarizada, suas vibrações eletromagnéticas oscilam para dentro e para fora a partir do centro do feixe como os raios de uma roda, "explica Capasso." Este feixe incomum se manifesta como um anel de luz muito intenso com uma mancha escura no centro. "

“É digno de nota, "Capasso aponta, "que a mesma placa holográfica nanoestruturada pode ser usada para criar luz radialmente polarizada em tantos comprimentos de onda diferentes. A luz radialmente polarizada pode ser focada com muito mais força do que a luz convencionalmente polarizada, permitindo assim muitas aplicações potenciais em microscopia e manipulação de nanopartículas. "

O novo dispositivo se assemelha a uma grade de holograma normal com um adicional, padrão nanoestruturado esculpido nele. Luz visível, que tem um comprimento de onda na casa das centenas de nanômetros, interage de maneira diferente com aberturas texturizadas na escala 'nano' do que com aquelas na escala de micrômetros ou maiores. Explorando esses comportamentos, a interface modular pode dobrar a luz que entra para ajustar sua intensidade, Estágio, e polarização.

Hologramas, além de ser um marco dos universos de ficção científica, encontrar muitos aplicativos em segurança, como os painéis holográficos em cartões de crédito e passaportes, e novos métodos de armazenamento de dados baseados em holograma digital estão sendo projetados para substituir os sistemas atuais. Alcançar o controle preciso da luz é fundamental para o avanço dessas tecnologias.

"Agora, você pode controlar tudo que você precisa com apenas uma única interface, "diz Genevet, ressaltando que o efeito de polarização que a nova interface tem sobre a luz anteriormente só poderia ser alcançado por uma cascata de vários elementos ópticos diferentes. "Estamos ganhando uma grande vantagem em termos de economia de espaço."

A demonstração deste holograma nanoestruturado tornou-se possível apenas recentemente com o desenvolvimento de software mais poderoso e tecnologias de nanofabricação de alta resolução.

O design subjacente é mais complexo do que uma simples superposição de nanoestruturas no holograma. A fase e a polarização da luz interagem intimamente, então as estruturas devem ser projetadas com ambos os resultados em mente, usando ferramentas computacionais modernas.

Pesquisas futuras terão como objetivo fazer hologramas polarizados mais complexos e otimizar a eficiência de saída do dispositivo.