Rotatum óptico: Luz espirala seguindo matemática da natureza

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/05/2025

Luz fazendo gin?stica

As possibilidades de torcer a luz, de dar n?s na luz, de fazer a luz em forma de rosquinha - enfim, de esculpir a luz - ainda s?o pouco conhecidas do p?blico, mas j? est?o sendo usadas em v?rias tecnologias no campo das comunica??es e da computa??o.

E agora temos mais uma ferramenta no arsenal: Criar feixes de luz em formato de parafuso, mais conhecidos como v?rtices ?pticos, que n?o apenas torcem enquanto viajam, mas que tamb?m mudam em diferentes partes em velocidades diferentes, criando padr?es ?nicos de luz no espa?o 3D.

A maneira como a luz se comporta nesses v?rtices assemelha-se a formas espirais comuns na natureza, como nas conchas dos moluscos conhecidos como n?utilos, nas disposi??o das sementes de girassol e at? nos galhos das ?rvores.

Os pesquisadores se basearam na mec?nica cl?ssica para batizar seu v?rtice de luz, nunca antes demonstrado, de "rotatum ?ptico", para descrever como o torque no formato de saca-rolhas da luz muda gradualmente - na f?sica newtoniana, rotatum ? a taxa de varia??o do torque de um objeto ao longo do tempo.

"Este ? um novo comportamento da luz que consiste em um v?rtice ?ptico que se propaga pelo espa?o e muda de maneiras incomuns. Ele ? potencialmente ?til para manipular mat?ria pequena," disse o professor Federico Capasso, da Universidade de Harvard.

Luz em caracol

A descoberta se baseia em outro trabalho recente da equipe, no qual uma metassuperf?cie, uma lente fina gravada com nanoestruturas que manipulam o feixe de luz, foi desenvolvida para criar um feixe de luz com polariza??o controlada e momento angular orbital ao longo de seu caminho de propaga??o, convertendo qualquer entrada de luz em outras estruturas que mudam conforme se movem.

Agora, eles introduziram outro grau de liberdade ? sua luz, no qual tamb?m podem alterar seu torque espacial ? medida que ela se propaga.

Ainda que outras equipes j? tenham demonstrado feixe de luz com mudan?a de torque usando lasers de alta intensidade e configura??es volumosas, esta nova abordagem usa apenas uma tela de cristal l?quido e um feixe de baixa intensidade, permitindo criar um rotatum em um dispositivo integrado e compat?vel com a ind?stria. Isso diminui a barreira de entrada para que a tecnologia encontre aplica??es pr?ticas.

Embora a aplica??o de uma nova ferramenta s? tropece na criatividade de quem a usa, os pesquisadores prop?em que seu feixe de luz t?o ex?tico seja usado para controlar part?culas muito pequenas, como coloides em suspens?o, criando uma nova vers?o mais vers?til de pin?a ?ptica.

Em um aspecto curioso da pesquisa, a equipe descobriu que seu feixe de luz portador de momento angular orbital cresce em um padr?o matem?tico encontrado em todo o mundo natural. Espelhando a sequ?ncia num?rica de Fibonacci, o rotatum ?ptico se propaga em uma espiral logar?tmica que ? vista em in?meras estruturas naturais.

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