A transformação de líquido em sólido é de natureza familiar. A lava que flui de um vulcão eventualmente esfria e se transforma em rocha, enquanto a água de um lago pode congelar e formar gelo durante os invernos frios. Quando os materiais passam por essas mudanças de fase, propriedades físicas importantes também podem mudar, incluindo a densidade e o índice de refração, que afetam a forma como o som e a luz viajam através deles.
O processo relacionado desempenha um papel importante na fabricação de fibra óptica. As pré-formas de vidro são aquecidas até que sua estrutura esteja solta o suficiente para ser transformada em fibras extremamente finas. A luz viaja através do núcleo da fibra, permitindo que as informações se movam rapidamente por longas distâncias. Esta capacidade tornou a fibra óptica essencial para as telecomunicações modernas.
Os cientistas também desenvolveram fibras ópticas especializadas para tecnologias que incluem lasers de fibra, endoscópios de fibra e sensores de fibra. Algumas fibras de núcleo oco podem ser preenchidas com gases ou líquidos, permitindo-lhes mapear distribuições de temperatura ou até mesmo atuar como pequenos laboratórios para experimentos químicos.
congelamento do núcleo líquido em temperaturas extremas
Pesquisadores do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (MPL) em Erlangen, da Universidade Leibniz de Hanover (LUH) e do Instituto Leibniz de Tecnologias Fotônicas (IPHT) em Jena levaram agora as fibras ópticas de núcleo líquido (LiCOF) em uma nova direção.
A equipe resfriou o líquido dentro da fibra com nitrogênio a -196 graus Celsius, fazendo com que o material do núcleo mudasse de líquido para sólido. Surpreendentemente, o congelamento do núcleo não impediu que a fibra transportasse luz.
“O principal é que a seção congelada do LiCOF retém sua capacidade de guiar a luz. Não só isso, mas tanto a seção líquida quanto a congelada da fibra também guiam as ondas sonoras hipersônicas”, disse o Prof.
Luz e som interagem 1.000 vezes mais fortemente
Os pesquisadores aproveitaram a interação incomumente forte entre luz e som dentro da fibra congelada. Este fenômeno, denominado espalhamento Brillouin-Mandelstam, já é conhecido em fibras ópticas convencionais.
No entanto, o congelamento do núcleo líquido cria uma atmosfera excepcionalmente densa e confinada. Nestas condições, a interação entre luz e som torna-se até 1000 vezes mais forte do que nas fibras ópticas convencionais.
Esse aumento dramático permitiu à equipe demonstrar a memória optoacústica, um componente-chave que pode ser usado na computação neuromórfica fotônica, dentro da fibra.
Esta abordagem depende da enorme diferença entre as velocidades da luz e do som. A informação transportada pela onda de luz em movimento rápido pode ser transferida para ondas sonoras muito mais lentas, onde é retida temporariamente e depois convertida novamente em luz.
Como o LiCOF congelado permite interações tão eficientes entre luz e som, a tecnologia poderia fornecer novas maneiras de reduzir rapidamente a quantidade de energia necessária para futuros sistemas de computação fotônica.
Uma nova plataforma para tecnologia fotônica e quântica
Este trabalho foi realizado pela Prof. IPHT Jena. Markus Schmidt e Prof. É baseado em uma colaboração de longa data com Mario Chemnitz, que liderou pesquisas envolvendo fibras ópticas de núcleo líquido. Adicionar a etapa de congelamento permitiu que os pesquisadores conseguissem muito mais efeitos não lineares dentro da fibra.
“Ao congelar o núcleo líquido, criamos uma plataforma física inteiramente nova que oferece extrema não linearidade e ao mesmo tempo é fácil de manusear”, diz Stiller. “Embora a demonstração de memória optoacústica altamente eficiente seja um grande primeiro passo, este nível de acoplamento luz-som abre novas e excitantes possibilidades não apenas para a computação neuromórfica, mas também para o processamento quântico de informações, fotônica de microondas e detecção de alta precisão.”
