Nova forma de luz: Híbrido de luz e elétron

Redação do Site Inovação Tecnológica -  18/08/2016

Imagem artística da luz aprisionada na superfície de uma nanopartícula de um material conhecido como isolante topológico, cujas propriedades superficiais são diferentes das propriedades do meio do material. [Imagem: Vincenzo Giannini]

Fóton misturado com elétron

Físicos demonstraram que é possível criar uma nova forma de luz fazendo com que um fóton se ligue a um único elétron, criando um híbrido que combina as propriedades da luz e da matéria.

Esse acoplamento entre a luz e o elétron terá propriedades que poderão ser exploradas para construir circuitos fotônicos, onde a eletricidade - um fluxo de elétrons - seria substituída por uma forma mais versátil e mais rápida de transmissão.

A mistura também permitirá o estudo de fenômenos físicos quânticos em escala visível.

Híbrido fóton-elétron

Quando a luz incide sobre um material comum, ela interage com uma série de elétrons presentes na superfície e no interior do material. Contudo, ao elaborar um modelo de como a luz se comporta em uma classe recentemente descoberta de materiais, conhecidos como isolantes topológicos, Gleb Siroki, da Universidade College de Londres, descobriu a luz pode interagir com apenas um elétron na superfície do material.

Essa interação pontual cria um acoplamento que combina algumas das propriedades da luz e do elétron. Por exemplo, enquanto normalmente a luz viaja em linha reta, quando ela se liga a um elétron ela passa a seguir o percurso que o elétron segue pela superfície do material.

Entre as novas formas de luz descobertas recentemente estão um superfóton, umtopolariton e uma roda fotônica. [Imagem: R. Chikkaraddy/J. Baumberg/UCL]

Da mesma forma, conforme a luz herda a propriedade do elétron e começa a circular, o elétron também passa a se comportar como se tivesse algumas das propriedades da luz, passando por onde um elétron normal não passaria.

Assim, enquanto os elétrons que viajam ao longo de circuitos elétricos, por exemplo, param quando encontram um defeito na estrutura atômica do condutor, quando acoplado à luz, o elétron pode prosseguir mesmo que haja imperfeições no material.

Circuitos fotônicos

Se esse comportamento fóton-elétron puder ser usado em circuitos fotônicos, esses circuitos poderão se tornar mais robustos e menos vulneráveis a perturbações e imperfeições físicas do material.

"Os resultados desta pesquisa terão um enorme impacto na forma como pensamos sobre a luz. Os isoladores topológicos só foram descobertos na última década, mas já estão nos proporcionando novos fenômenos para estudar e novas maneiras de explorar conceitos importantes na física," disse o professor Vincenzo Giannini, coordenador do trabalho.

Giannini acrescenta que deve ser possível observar o novo fenômeno experimentalmente usando a tecnologia atual, e sua equipe já está trabalhando para realizar esses experimentos.

Bibliografia:

Single-electron induced surface plasmons on a topological nanoparticle
Gleb Siroki, D. K. K. Lee, P. D. Haynes, V. Giannini
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 12375
DOI: 10.1038/ncomms12375