Corda de violão definitiva vibra tanto que ouve a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/04/2018

Ao aprisionar as vibrações no centro da corda, ela se transformou em uma ferramenta inesperada para experimentos quânticos. [Imagem: WoogieWorks]

Tensão e deformação

É uma nanocorda, capaz de vibrar por minutos com um período de um microssegundo - isso equivale a uma corda de violão que, ao ser tocada, vibrasse durante um mês.

Sua construção foi possível porque, em nanoescala, a deformação pode ser usada para gerar propriedades inusitadas.

Submeter um material a um estresse (uma tensão) é geralmente algo que se deseja evitar a todo custo. Mas, se bem administrado, ele pode se converter em algo útil: Um corpo elástico responde ao estresse ajustando a distância entre seus átomos (uma deformação), o que pode ser usado para controlar as propriedades dos seus elétrons.

Um exemplo é o transístor, cuja velocidade de operação é otimizada submetendo o silício a uma tensão - o material é mais conhecido como silício expandido.

Corda que vibra por um mês

E o estresse também pode ser usado para ajustar as propriedades do corpo elástico. Esticar uma corda de violão, por exemplo, mudará não apenas seu som (sua frequência vibracional), mas também seu fator de qualidade (o número de vibrações produzidas por um toque). Esse efeito, conhecido como "diluição de dissipação", apesar de indesejável em muitos círculos musicais, pode ser uma tremenda vantagem em outras áreas.

É o caso da nanomecânica, onde o fator de qualidade de um oscilador determina sua utilidade para aplicações como a detecção de forças. Para explorar novas possibilidades, Amir Ghadimi e seus colegas queriam poder ajustar a diluição de dissipação a gosto. Para isso, eles construíram uma nanocorda sobre uma estrutura periódica na qual as vibrações são aprisionadas em um ponto central - um cristal fonônico.

Quanto a nanocorda foi tocada, a temperatura ambiente, ela vibrou a 1 MHz por mais de 20 minutos, o que corresponde a um fator de qualidade de 800 milhões - como se a corda de um violão ou guitarra ficasse vibrando por um mês.

A nanocorda consegue comprimir a luz e poderá ser usada para resfriar objetos até o zero absoluto. [Imagem: Amir H. Ghadimi et al. - 10.1126/science.aar6939]

Microfone para a luz e muito mais

Com tamanha eficiência, essa nanocorda funciona como um sensor de força tão sensível que é capaz até mesmo de detectar as forças da luz - a chamada pressão de radiação. Acoplando-a a um guia de ondas, a equipe conseguiu "ouvir" o som de fótons fluindo em um feixe de laser conforme cada fóton exercia uma minúscula pressão de radiação sobre a corda - ou seja, um microfone para a luz.

Um resultado surpreendente é que a equipe se deu conta de que essa interação com os fótons pode ser usada para gerar um estado não-clássico da luz conhecido como luz comprimida, que pode ser usada para melhorar a sensibilidade de equipamentos como os interferômetros.

Ante essa surpresa, a equipe se voltou para possibilidades ainda mais interessantes: Não seria possível usar o mesmo campo de luz para "ver" as flutuações de vácuo da nanocorda (uma consequência de sua natureza similar aos fônons)? É o que eles pretendem responder a seguir.

"O princípio da incerteza de Heisenberg prevê que as duas capacidades são proporcionais," detalhou Dalziel Wilson, membro da equipe. "Operar neste chamado limite quântico padrão oferece a possibilidade de resfriar um objeto mecânico de tamanho tangível da temperatura ambiente até o absoluto zero (seu estado fundamental de movimento), o ponto de partida para inúmeros experimentos quânticos."

Bibliografia:

Elastic strain engineering for ultralow mechanical dissipation
Amir H. Ghadimi, S. A. Fedorov, N. J. Engelsen, M. J. Bereyhi, R. Schilling, Dalziel J. Wilson, T. J. Kippenberg
Science
Vol.: eaar6939
DOI: 10.1126/science.aar6939

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