Sistema ativo, acionado eletronicamente, produziu o laser de fônons mais potente já construído.
[Imagem: Guangzong Xiao et al. - 10.1186/s43593-024-00064-8]
Laser de som
Um laser de som só foi demonstrado inequivocamente há cerca de uma década, mas agora esses dispositivos já atingem potências que poucos acreditavam ser possível, já no limiar para sua utilização prática.
Os lasers de som usam ondas sonoras (fônons) em vez de ondas luz (fótons). Esses lasers de fônons prometem avanços em imagens médicas, exploração de águas profundas e muitas outras áreas.
Guangzong Xiao e colegas da Universidade Normal de Hunan, na China, desenvolveram agora uma técnica que dá um empurrãozinho eletrônico nos fônons, um impulso pequeno, mas suficiente para aumentar dramaticamente a potência e a precisão das ondas sonoras produzidas pelo laser.
Até agora, os lasers de fônons contavam apenas com ondas sonoras fracas e imprecisas, limitando sua utilidade. O novo método supera essa dificuldade essencialmente "travando" as ondas sonoras em um estado mais estável, o que permite o uso de ondas mais fortes.
Os lasers de fônons prometem dar origem a técnicas de imagens médicas mais sensíveis e menos prejudiciais aos pacientes, mas as aplicações possíveis incluem até a comunicação entre veículos em alto mar, computação quântica, ciências dos materiais e mais.
Foram obtidas melhorias marcantes nas principais métricas do laser acústico.
[Imagem:Guangzong Xiao et al. - 10.1186/s43593-024-00064-8]
Laser mecânico
Embora normalmente se fale que os fônons são as "partículas" de som, eles não são partículas verdadeiras, mas vibrações coletivas dos átomos em uma estrutura cristalina. E essas vibrações, que são ondas de pressão, podem ser quantizadas como se fossem partículas.
Assim, é fácil ver que um laser de som é essencialmente um "laser mecânico", ou um análogo mecânico de um laser óptico. A técnica mais eficiente para construí-los baseia-se em microesferas mantidas em levitação, e então agitadas sem contato para que seu movimento gere as ondas sonoras.
"Aqui, mostramos que, aplicando uma injeção eletrônica de cor única a esse sistema levitado, pode-se alcançar uma melhoria gigantesca para todos os harmônicos de fônons de ordem superior, com uma melhoria de mais de 3 ordens no brilho e de 5 ordens no estreitamento da largura de linha. Esse laser de fônons aprimorado eletronicamente também é muito mais estável, com uma estabilidade de frequência estendida de uma dúzia de minutos para mais de 1 hora," escreveu a equipe.
Devido à complexidade do aparato, a potência do laser de som ainda fica na casa dos miliwatts (máximo de 50 mW), mas a equipe acredita que já é o suficiente para pensar em aplicações práticas.
"Este trabalho, que fornece sinais muito mais fortes e de melhor qualidade de harmônicos de fônons coerentes, é um passo fundamental para controlar e utilizar lasers de fônons não lineares para aplicações como pentes de frequência de fônons, sensores de fônons de banda larga e diagnóstico biomédico ultrassônico," concluíram os pesquisadores.
