Cientistas “congelaram” a luz no volume do material, mas até agora apenas em um modelo de computador

Pela primeira vez, uma equipe internacional de físicos conseguiu obter evidências convincentes da localização de uma onda eletromagnética em materiais tridimensionais. Grosso modo, a luz fica “congelada” no volume do material. A descoberta foi feita em um modelo digital devido ao aumento significativo do poder de computação e no futuro permitirá a realização de um experimento físico, e este é o caminho para avanços em ótica, lasers e outras áreas.

Fonte da imagem: Pixabay

A rigor, os pesquisadores buscavam evidências da existência da chamada transição ou localização de Anderson. Esse fenômeno foi teoricamente fundamentado em 1958 pelo físico teórico americano Philip V. Anderson, pelo qual recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1977. O fenômeno tornou-se o mais importante na descrição da física da matéria condensada tanto para a mecânica quântica quanto para a mecânica clássica.

O cientista explicou que, dependendo da distribuição aleatória dos defeitos no material, os elétrons vão se mover, criando uma corrente elétrica, ou cair nas armadilhas dos defeitos e parar por aí (ficar localizados) e então o material vai demonstrar as propriedades de um isolante (dielétrico). Como as ondas eletromagnéticas se comportam em condições semelhantes não estava completamente claro. Em uma ou duas dimensões, a luz mostrou propriedades semelhantes, mas esse fenômeno não foi encontrado para materiais a granel.

Novos computadores e software otimizado (FDTD Software Tidy3D) tornaram possível realizar cálculos colossais em apenas 30 minutos, em vez de muitos dias. O modelo mostrou que o fenômeno não foi encontrado para vidro e silício, o que foi uma explicação simples de por que décadas de experimentação com esses materiais não produziram resultados. Mas, para um material a granel feito de nanoesferas metálicas, os cálculos mostraram inesperadamente que uma onda eletromagnética está de fato localizada no espaço.

Luz “congelada” no volume de material. Modelo digital do fenômeno. Fonte da imagem: Universidade de Yale

As simulações confirmaram que a luz (como um caso especial de ondas eletromagnéticas) pode ser feita para interagir com o material a granel. Isso permitirá descobrir novos fotocatalisadores, avançar no campo dos lasers (criando ressonadores avançados, etc.), além de fazer descobertas no campo do acúmulo e armazenamento de energia.

«O confinamento tridimensional da luz em metais porosos pode melhorar a não linearidade óptica, a interação da luz e da matéria, permitindo controlar o brilho aleatório e a deposição de energia direcionada, dizem os pesquisadores. “Esperamos que esse fenômeno tenha muitas aplicações.”