A velocidade da luz pode ser reduzida intencionalmente em vários meios. Várias técnicas foram desenvolvidas ao longo dos anos para desacelerar a luz, incluindo transparência induzida eletromagneticamente (EIT), condensado de Bose-Einstein (BEC), cristais fotônicos e espalhamento de Brillouin estimulado (SBS).



Notavelmente, pesquisadores de Harvard, liderados por Lene Vestergaard Hau, reduziram a velocidade da luz para 17 m/s em um gás atômico ultrafrio usando EIT, o que despertou o interesse em explorar análogos de EIT em metassuperfícies, uma plataforma transformadora em óptica e fotônica.

Apesar dos benefícios, as estruturas de luz lenta enfrentam um desafio significativo:a perda, que limita o tempo de armazenamento e a duração da interação. Este problema é particularmente grave para análogos de metassuperfície do EIT devido à perda de espalhamento de nanopartículas e, às vezes, à perda de absorção de materiais.

Em um estudo publicado na Nano Letters Li Guangyuan e colegas do Instituto de Tecnologia Avançada de Shenzhen (SIAT) da Academia Chinesa de Ciências introduziram uma nova estratégia para realizar um análogo de metasuperfície do EIT, ao mesmo tempo que suprimem efetivamente as perdas.

Ao contrário dos análogos convencionais da metassuperfície da EIT, induzidos pelo acoplamento entre duas ressonâncias localizadas suportadas por metaátomos compactados, ou entre ressonâncias localizadas e coletivas, os pesquisadores propuseram um novo tipo chamado "ressonância coletiva semelhante à EIT", que é induzida pelo acoplamento entre duas ressonâncias coletivas - uma ressonância de rede de superfície dipolo elétrica de Mie (ED-SLR) e uma SLR quadrupolo elétrica no plano ou fora do plano (EQ-SLR).

Usando metassuperfícies de silício com uma matriz de nanodiscos de 100 nm de espessura, eles demonstraram ressonâncias coletivas semelhantes a EIT com um fator de qualidade superior a 2.750, mais de cinco vezes o estado da arte. Em termos práticos, a passagem da luz através dos nanodiscos de silício pode ser retardada em mais de 10.000 vezes, com uma redução na perda de mais de cinco vezes em comparação com os métodos existentes.

Dr. Li explicou o afastamento da crença convencional de que o desempenho da metassuperfície depende de quão próximos os meta-átomos podem ser colocados. Os pesquisadores exploraram o regime extremo de distância zero entre metaátomos, essencialmente fundindo-os em um só. Ao contrário dos métodos convencionais, sua abordagem permitiu que o ajuste das ressonâncias da rede de superfície se sobrepusesse espectralmente, permitindo a realização de análogos de metassuperfície da EIT.

Além disso, os pesquisadores demonstraram uma ressonância coletiva tipo EIT caracterizada por BIC, utilizando a transição entre o EQ-SLR no plano e o estado ligado no continuum (BIC). Isto sugeriu o potencial de desacelerar a luz por um fator arbitrariamente grande, mantendo um fator de qualidade crescente.

O estudo é promissor para a manipulação de fótons com maior flexibilidade e aplicações potenciais em chips fotônicos de luz lenta.

Mais informações: Xueqian Zhao et al, Ultrahigh-Q Metasurface Transparency Band Induced by Collective-Collective Coupling, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04174
Informações do diário: Nanoletras

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