Imagine um espelho que muda a sua natureza fundamental enquanto a luz ainda está a refletir nele. Agora, uma equipa internacional de investigadores provou que pode manipular a luz mudando as regras do tempo. Cientistas da École Polytechnique, do Collège de France e do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) na Alemanha criaram e testaram o primeiro cristal de tempo fotónico totalmente ótico do mundo. Publicada na revista Nature, esta descoberta de laboratório permite aos cientistas mudar as características óticas de um material a velocidades antes consideradas impossíveis.
Para entender a importância disto, é preciso olhar para a banda de frequência de terahertz. Esta banda situa-se entre as micro-ondas e as ondas infravermelhas. Operando a frequências muito altas, esta gama tem sido uma fronteira difícil para os engenheiros. Yannis Laplace, da École Polytechnique, afirma que esta gama representa uma fronteira entre as tecnologias eletrónicas e fotónicas. Criar estes novos cristais, explica ele, pode finalmente preencher essa lacuna.
Os cristais fotónicos normais são materiais com uma estrutura física repetida que dita como os fotões viajam. Anteriormente, o calor e as forças magnéticas podiam mudar como estes cristais capturavam a luz, mas o seu comportamento ótico permanecia sempre constante ao longo do tempo. A nova invenção quebra essa limitação. Ao adicionar um padrão temporal repetido à estrutura física, o dispositivo pode mudar as suas propriedades de interação com a luz a velocidades incríveis. O cristal ajusta-se em intervalos de picossegundos, que é um trilionésimo de segundo.
Para testar o sistema, a equipa usou o acelerador de partículas ELBE do HZDR. Lá, usaram um instrumento especializado chamado TELBE, que emite radiação terahertz de alta intensidade. Jan-Christoph Deinert, que coordena a instalação TELBE, enfatizou que este equipamento foi crucial. Sem ele, as mudanças ultrarrápidas necessárias para o cristal funcionar teriam sido impossíveis.
Os resultados foram dramáticos. À medida que as propriedades refletoras do material mudavam a velocidades de picossegundos, os investigadores observaram uma mudança enorme.
Esta modulação rápida baseada no tempo reduziu a perda de fotões em mais de metade.
As implicações desta tecnologia vão muito além do laboratório. Esta tecnologia prepara o caminho para sistemas de computação ótica ultrarrápidos e redes de comunicação de próxima geração. Os investigadores já estão a pensar no futuro, com o objetivo de reduzir ainda mais a perda de fotões.