Cientistas quebram simetria da luz

Luz com direção

Quando uma partícula absorve e emite luz, a luz que sai não é emitida apenas numa direção. "Uma partícula no espaço livre irá sempre emitir tanta luz em uma direção em particular quanto ela emite na direção oposta," explica o professor Arno Rauschenbeutel, da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria. Mas o professor Arno e sua equipe acabam de quebrar essa simetria de emissão da luz usando nanopartículas de ouro acopladas a fibras ópticas ultrafinas.

Na estrutura construída por eles, as propriedades da luz de um laser que incide nas nanopartículas dentro da fibra óptica determinam se a luz emitida pela partícula viajará para a esquerda ou para a direita dentro da fibra. Segundo a equipe, este novo tipo de interruptor óptico tem o potencial para alavancar de vez a nanofotônica, o que inclui, entre outras utilidades, o uso da luz em lugar da eletricidade no interior dos chips.

Quebra da simetria da luz

A quebra da simetria da luz foi possível explorando um efeito físico já conhecido, o acoplamento spin-órbita. A luz possui um momento angular intrínseco, chamado spin. De forma semelhante a um pêndulo, que pode oscilar em um plano ou se mover em círculos, uma onda de luz também pode ter diferentes sentidos de oscilação - se ela tiver um sentido vibracional bem definido ela é chamado de "onda polarizada". Normalmente uma onda de luz oscila em um plano perpendicular à sua direção de propagação. Se a oscilação for circular, ela lembra o movimento de uma hélice de avião - então, seu spin, ou seu eixo de rotação, aponta na mesma direção da sua propagação.

Mas as coisas mudam ligeiramente quando a luz se move através de fibras de vidro ultrafinas: sua intensidade é muito alta no interior da fibra, mas diminui rapidamente fora dela. "Isto leva a um componente de campo adicional na direção da fibra de vidro," explica o professor Arno. O plano rotacional da onda de luz gira 90 graus. "Então, a direção da propagação é perpendicular ao spin, tal como uma bicicleta, que se desloca numa direção que é perpendicular aos eixos das rodas." Quando a nanopartícula inserida no interior da fibra de vidro é irradiada com um laser de tal forma que ela emita luz de um determinado sentido de rotação, a luz emitida irá então se propagar apenas em uma direção particular no interior da fibra - ou para a esquerda ou para a direita.

Tecnologia prática

"Esta nova tecnologia pode ser facilmente disponibilizada em aplicações comerciais. Já agora todo o experimento cabe dentro de uma caixa de sapatos," disse o professor Arno. "A técnica pode ser aplicada a circuitos integrados ópticos. Esses sistemas fotônicos poderão substituir um dia os circuitos eletrônicos que utilizamos hoje," prevê ele.