Energia
Com informações da NTU – 02/09/2025
Estrutura topolgica do toron, que emerge de um monopolo vermelho, espirala pelo espao e desaparece em um antimonopolo azul ( esquerda), com uma estrutura semelhante a um cata-vento de arco-ris.
[Imagem: Haijun Wu et al. – 10.1103/8pb4-zy7c]
Cata-vento de luz
Imagine brincar de soprar um cata-vento, vendo as lminas girarem mais rpido, mais devagar, para um lado e depois para o outro.
Agora, imagine substituir o brinquedo por luz pura, um feixe mais ou menos da espessura de um fio de cabelo, e troque o sopro por dois polos (“norte” e “sul”), que podem ser controlados vontade, para fazer a luz girar para l e c, na velocidade que voc quiser.
Isso, em essncia, foi o que fizeram Haijun Wu e colegas da Universidade Tecnolgica de Nanyang, em Cingapura, que levaram o fenmeno da luz torcida a um novo patamar.
Os cientistas esculpiram o spin do fton, o pequeno giro que d luz sua energia rotacional, criando um n tridimensional que eles chamam de toron.
Um toron uma estrutura topolgica tridimensional complexa que pode ser gerada no campo da luz – pense nele como um n ou vrtice de luz, mas com uma arquitetura espacial muito especfica e robusta.
O n se parece com um cata-vento com lminas coloridas congelado em meio a um giro, ancorado em cada extremidade por “monopolos”. Essas excitaes topolgicas tridimensionais, que combinam monopolos de defeitos pontuais com tubos de skyrmions em espiral, s haviam sido vistas anteriormente em cristais lquidos.
Surpreendentemente, agora eles podem ser produzidos na luz.
Conceito da topologia do toron fotnico.
[Imagem: Haijun Wu et al. – 10.1103/8pb4-zy7c]
Toron fotnico
O truque para gerao dessas estruturas na luz est em um dispositivo do tamanho de uma caixa de sapatos. Um laser passa por um holograma programvel (pense nele como um pequeno projetor de cinema) que pinta espirais complexas no feixe do laser. Ajustando apenas dois controles deslizantes em uma tela de computador – sem lentes para realinhar, sem cristais para trocar – os pesquisadores demonstraram que possvel fazer o cata-vento de luz girar para cima, para baixo ou se dissolver graciosamente em outras formas, como hpfions e tubos skyrmions.
Como toda a escultura codificada na prpria rotao da luz, ela virtualmente imune a poeira, vibraes e at mesmo oscilao do prprio laser. Essa robustez torna os torons blocos fundamentais para a construo de circuitos pticos, que podero transportar muito mais dados do que os links de fibra ptica atuais, ou funcionar como pinas pticas invisveis para guiar nanopartculas dentro de clulas vivas.
“Pela primeira vez, no apenas criamos um toron fotnico, mas tambm realizamos experimentalmente uma famlia de topologias – skyrmions, hpfions e monopolos – usando o spin da luz, e podemos alternar deterministicamente entre elas por meio de transies de fase topolgicas. Ao contrrio de realizaes anteriores, que se limitavam a materiais, essas estruturas agora vivem no espao livre e podem ser transportadas vontade como novos portadores de informao ptica,” disse o professor Yijie Shen.
E a equipe quer mais: O prximo passo ser ver se a mesma dana do cata-vento pode ser induzida a partir de ondas sonoras, plsmons em superfcies metlicas ou mesmo em tomos ultrafrios. Se for, o humilde cata-vento pode se tornar o mascote universal de uma nova era da tecnologia fotnica topolgica.
Bibliografia:
Artigo: Photonic Torons with 3D Topology Transitions and Tunable Spin Monopoles
Autores: Haijun Wu, Nilo Mata-Cervera, Haiwen Wang, Zhihan Zhu, Chengwei Qiu, Yijie Shen
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 135, 063802
DOI: 10.1103/8pb4-zy7c
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