Como partículas invisíveis puderam ser vistas pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica -  01/08/2016

As ondas de luz (traços amarelos) entram e saem do nanodisco (azul) virtualmente inalteradas porque o nanodisco opera como um anapolo. [Imagem: A*STAR Data Storage Institute]

Vendo o invisível

Um novo efeito óptico formado por padrões de radiação que não emitem e nem dispersam a luz foi observado pela primeira vez em nanodiscos de silício por um grupo de pesquisadores do Instituto A*STAR, de Cingapura.

Estes modos, que só recentemente foram previstos teoricamente e que, portanto, nunca haviam sido observados em comprimentos de onda visíveis, poderão ser explorados para a construção de lasers minúsculos, não muito maiores do que vírus.

Esses nanolasers têm grande potencial na medicina e na construção de futuros "processadores de luz".

Além dos princípios

Um princípio fundamental do eletromagnetismo é que uma carga elétrica em aceleração irá emitir luz, perdendo energia no processo.

Contudo, a possibilidade de se criar configurações especiais de corrente elétrica que não emitem radiação eletromagnética tem intrigado os físicos há décadas. Essas configurações podem servir como possíveis modelos de átomos estáveis, que não emitem radiação, apesar de possuírem elétrons.

Um exemplo de fonte não-radiante que vem chamando muito a atenção é o chamado anapolo - do grego "sem pólos". Um anapolo é uma distribuição de cargas e correntes que não irradia e nem interage com campos eletromagnéticos externos. Partículas elementares que apresentam modos anapolo têm sido propostas até mesmo como uma potencial fonte da misteriosa matéria escura.

Modo anapolo

Um anapolo reúne dois aspectos da polarização que gera uma ausência de polos. [Imagem: Andrey Miroshnichenko et al. - 10.1038/ncomms9069]

Um modo anapolo é uma combinação de dois momentos de dipolo: o momento de dipolo elétrico e um momento toroidal. Os cálculos já indicavam que, a grandes distâncias da nanopartícula, esses dois campos de radiação se anulariam mutuamente, tornando a nanopartícula invisível.

Agora, Andrey Miroshnichenko e seus colegas demonstraram experimentalmente a existência de modos de radiação anapolo. Especificamente, eles criaram anapolos em nanodiscos de silício em comprimentos de onda visíveis, levando ao intrigante resultado de tornar visível algo que seria, por definição, invisível.

"Aplicações deste fenômeno óptico ainda terão que ser determinadas. No momento, acreditamos que ele poderia ser útil para o projeto de novos nanolasers," disse o professor Yefeng Yu, coordenador do trabalho.

Bibliografia:

Nonradiating anapole modes in dielectric nanoparticles
Andrey E. Miroshnichenko, Andrey B. Evlyukhin, Ye Feng Yu, Reuben M. Bakker, Arkadi Chipouline, Arseniy I. Kuznetsov, Boris Lukyanchuk, Boris N. Chichkov, Yuri S. Kivshar
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 8069
DOI: 10.1038/ncomms9069