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Mar 20, 2023

A realização de um cristal de tempo contínuo baseado em um metamaterial fotônico

8 de maio de 2023 destaque Este

Recurso de 8 de maio de 2023

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por Ingrid Fadelli, Phys.org

Um cristal do tempo, como originalmente proposto em 2012, é um novo estado da matéria no qual as partículas estão em movimento oscilatório contínuo. Os cristais do tempo quebram a simetria da translação do tempo. Cristais de tempo discreto fazem isso oscilando sob a influência de uma força paramétrica externa periódica, e esse tipo de cristal de tempo foi demonstrado em íons aprisionados, átomos e sistemas de spin.

Cristais de tempo contínuo são mais interessantes e indiscutivelmente mais importantes, pois exibem simetria de translação de tempo contínua, mas podem entrar espontaneamente em um regime de movimento periódico, induzido por uma pequena perturbação. Agora é entendido que este estado só é possível em um sistema aberto, e um estado quântico-tempo-cristal contínuo foi recentemente observado em um sistema quântico de átomos ultrafrios dentro de uma cavidade óptica iluminada com luz.

Em um artigo publicado na Nature Physics, pesquisadores da Universidade de Southampton, no Reino Unido, mostraram que uma nanoestrutura metamaterial clássica pode ser levada a um estado que exibe as mesmas características principais de um cristal de tempo contínuo.

"Estudamos as interações luz-matéria com metamateriais nano-opto-mecânicos há vários anos", disse Nikolay I. Zheludev, um dos pesquisadores que realizou o estudo, à Phys.org. "Recentemente, percebemos que esta era uma plataforma perfeita para demonstrar o estado do cristal do tempo", disse.

Como parte de seu estudo recente, Zheludev e seus colegas decidiram realizar um estado cristalino de tempo contínuo usando um metamaterial fotônico. O sistema que eles usaram é uma matriz 2D de metamoléculas plasmônicas (isto é, estruturas artificiais que facilitam a interação com a luz em nanoescala) suportadas por nanofios flexíveis.

Os pesquisadores demonstraram que a iluminação contínua e coerente deste metamaterial fotônico com uma luz que ressoa com o modo plasmônico das metamoléculas contidas nele causou uma transição de fase espontânea para um estado que possui as propriedades principais de um cristal de tempo contínuo. Este estado é caracterizado por oscilações contínuas resultantes de interações de muitos corpos entre as metamoléculas.

“Descobrimos que um metamaterial fotônico, uma matriz de nanofios decorados com nanopartículas plasmônicas, pode ser levado ao estado de oscilações coerentes dos nanofios pela interação induzida pela luz entre as partículas”, explicou Zheludev. "Essas oscilações surgem espontaneamente ao atingir um limiar de iluminação luminosa. Tal comportamento constitui um cristal de tempo contínuo, um novo estado da matéria."

O estudo recente desta equipe de pesquisadores pode abrir novos caminhos para a pesquisa em cristais de tempo e estados clássicos dinâmicos de muitos corpos no regime fortemente correlacionado. No futuro, o sistema único realizado por Zheludev e seus colegas também pode abrir caminho para o desenvolvimento de novos dispositivos ópticos e fotônicos.

“Demonstramos um cristal de tempo contínuo, um novo estado da matéria em uma plataforma clássica simples, que é um passo substancial em direção às aplicações do estado crustal de tempo contínuo em dispositivos fotônicos”, acrescentou Zheludev. “A observação relatada é apenas o começo, e continuaremos explorando as propriedades fundamentais dos cristais de tempo contínuo metamateriais nano-opto-mecânicos e suas aplicações”.