Ondas são capturadas sem perdas

Mec?nica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/04/2025

Estados ligados no cont?nuo

Muitas das tecnologias ao nosso redor - dos celulares e aparelhos de ultrassom aos tradicionais r?dios - dependem da resson?ncia, um fen?meno no qual as ondas s?o amplificadas em frequ?ncias espec?ficas. Um inconveniente ? que os ressonadores tipicamente perdem energia gradualmente com o tempo, o que torna necess?rio dar-lhes um aporte constante de energia para manter seu funcionamento.

H? quase um s?culo, John von Neumann (1903-1957) e Eugene Wigner (1902-1995), ambos nobelistas, propuseram um conceito contraintuitivo: Sob certas condi??es, as ondas poderiam ficar presas indefinidamente, sem qualquer vazamento de energia. O inconveniente aqui ? que era s? uma teoria - at? agora.

Esses casos passaram a ser conhecidos como "estados ligados no cont?nuo" (BIC: bound states in the continuum) - pense neles como redemoinhos que permanecem no mesmo lugar enquanto o rio flui ao seu redor. Mas, durante d?cadas, os cientistas acreditaram que esse fen?meno n?o poderia existir em um sistema compacto de part?culas ?nicas, mesmo sendo algo que poderia dar um impulso incalcul?vel em nossas tecnologias.

Bom, eles podem, acabam de demonstrar Yeongtae Jang e colegas da Universidade de Ci?ncia e Tecnologia de Pohang, na Coreia do Sul.

Ressonador em part?cula ?nica

Utilizando um sistema de part?culas granulares cil?ndricas, pequenas hastes s?lidas feitas de quartzo, os pesquisadores constru?ram uma plataforma mec?nica altamente ajust?vel. E, ao ajustar com precis?o o modo como os cilindros se tocam, eles conseguiram controlar a maneira como as ondas mec?nicas interagem nas bordas de contato entre eles.

Sob um alinhamento cuidadoso, um modo de onda ficou totalmente confinado dentro de um ?nico cilindro, sem que nenhuma energia escapasse para a estrutura circundante, finalmente demonstrando experimentalmente um BIC em um ?nico objeto.

Ainda mais not?vel, o sistema atingiu fatores de qualidade (fatores Q) acima de 1.000 - ? uma medida da efici?ncia com que um ressonador armazena energia com perda m?nima.

Bandas planas

A equipe foi al?m, e ent?o testou o que acontece quando v?rios dos seus cilindros s?o conectados em uma cadeia.

O experimento mostrou que os modos de onda aprisionados podem se estender por toda a cadeia sem se dispersar, um fen?meno conhecido como banda plana. Em uma banda plana, a velocidade de grupo de uma onda se torna zero em uma frequ?ncia espec?fica, fazendo com que a energia permane?a confinada dentro da estrutura. Isso resulta em uma alta densidade de estados e forte localiza??o.

"? como jogar uma pedra em um lago parado e ver as ondula??es permanecerem im?veis, somente vibrando no mesmo lugar," disse Jang. "Mesmo que o sistema permita o movimento das ondas, a energia n?o se espalha - ela permanece perfeitamente confinada."

Esse comportamento foi descrito como uma "banda limitada no cont?nuo" (BBIC) e abre novas possibilidades para coleta de energia, sensores ultrassens?veis e at? mesmo comunica??es avan?adas.

"N?s rompemos uma barreira te?rica de longa data," disse o professor Junsuk Rho. "Embora ainda esteja na fase de pesquisa fundamental, as implica??es s?o significativas - desde dispositivos de baixa perda de energia at? tecnologias de detec??o e sinaliza??o de ?ltima gera??o."

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