O Prof. Dr. Carlos Humberto O. Costa da Universidade Federal do Ceará, Campus de Russas, publicou artigo científico no periódico internacional Nature, uma revista científica interdisciplinar britânica, publicada pela primeira vez em 4 de novembro de 1869, classificada como A1 no Qualis CAPES.
No trabalho, intitulado “Topological phase transition and robust pseudospin interface states induced by angular perturbation in 2D topological photonic crystals”, estudamos um sistema de cristal fotônico bidimensional que pode ser levado à uma fase topológica, conta o Prof. Dr. Humberto.
Um cristal fotônico é uma distribuição ordenada de materiais com propriedades óticas no espaço. Como a luz se comporta de diferentes formas em meios distintos, devido a processos de transmissão e reflexão, nós podemos arranjar espacialmente os materiais de forma a controlar a propagação dos feixes de luz. O que fizemos neste trabalho foi verificar que uma forma especial de ordenamento de hastes, em forma de halteres dielétricos que fornece uma simetria especial para o sistema, permite o aparecimento do que chamamos de efeitos topológicos.
Esses efeitos já são relativamente conhecidos em cristais eletrônicos e agora os pesquisadores estão estudando o análogo fotônico deles. De forma estritamente matemática, um sistema topológico adquiri uma fase quântica que não depende do tempo, e exatamente por isso estes sistemas são muito interessantes. Do ponto de vista físico e prático, esse efeito irá garantir o aparecimento de estados propagantes nas bordas de um sistema topológico finito, por onde podem ocorrer a passagem de elétrons, no caso de cristais convencionais, ou fótons, no caso dos cristais fotônicos.
Considerando a disposição dos alteres no nosso sistema, observamos que a modificar a disposição espacial dos mesmos é possível levar o sistema a uma fase topológica, e outra não topológica, dependendo do ângulo de orientação deles. Além disso, com base em um teorema conhecido como Teorema Bulk-Edge, nós verificamos que esse sistema tem características de pseudospin, ou seja, o campo eletromagnético se propaga formando pequenas rotações no sentido anti-horário e horário (pseudospin-up e pseudospin-down, respectivamente). Isso promove um fluxo de energia líquido ao longo da direção de propagação, ou seja, temos uma forma de propagação unidirecional para a luz.
Nós também verificamos que o feixe de luz que se propaga na interface formada por dois cristais fotônicos, sendo que um está numa fase trivial e o outro numa fase topológica, é bem localizado e robusto em relação à desordem ou defeitos. Nesse sentido, a luz fica restrita às imediações da interface, devido a topologia do sistema (estados propagantes nas bordas). Esta robustez significa que a luz irá seguir a sua propagação inicial independentemente da existência de defeitos no cristal e que o feixe não irá apresentar reflexão ou perdas energéticas significativos.
Além do interesse científico, todas essas características do sistema proposto neste trabalho permitem que ele seja um ótimo candidato para ser aplicado em dispositivos como guias de onda, filtros de radiação, dispositivos de transporte e armazenamento de informação com base na luz e em equipamentos laboratoriais ou médicos.
Este trabalho é resultado da colaboração do Professor Dr. Humberto Costa do Campus de Russas, com o Prof. Dr. Claudionor G. Bezerra e do aluno de doutorado Daniel B. Silva, ambos do Programa de Pós-Graduação em Física, do Departamento de Física da UFRN.
Para ter acesso ao trabalho completo acesse o Link para a página do artigo na revista: https://doi.org/10.1038/s41598-023-27868-x
Fonte: Prof. Dr. Carlos Humberto O. Costa, contato: carloshumberto@ufc.br