Um estudo publicado na revista Advanced Photonics Nexus propõe um novo método para gerar feixes de luz torcidos no espaço livre, combinando estruturas dielétricas multicamadas com superfícies metálicas padronizadas. Esta tecnologia promete superar os desafios de modelagem de feixe em fontes de luz em miniatura, oferecendo um novo caminho para aplicações de fotônica integrada.

O momento angular transportado pela luz pode ser dividido em duas formas: relacionado à polarização e relacionado à órbita. O momento angular orbital permite que a luz se propague torcida, como um saca-rolhas, tendo potencial para codificação de informação, interação com matéria e detecção de sistemas. No entanto, gerar luz torcida bem definida a partir de fontes de luz em nanoescala tem sido um desafio técnico.

A equipe de pesquisa utilizou ondas superficiais de Bloch como um intermediário. Essas ondas eletromagnéticas se propagam ao longo da superfície de uma pilha multicamada de pentóxido de tântalo e dióxido de silício, com baixa perda. No topo da pilha, foi fabricada uma superfície quiral composta por nanobastões de ouro dispostos em um padrão espiral. A rotação dos nanobastões introduz a quiralidade, controlando a dispersão da luz.

O processo ocorre em três etapas: um feixe de laser anular com polarização circular acopla e excita as ondas superficiais de Bloch; as ondas superficiais se difundem radialmente, carregando uma fase estruturada; ao atingir a superfície quiral, as ondas são difratadas para cima no espaço livre, formando um feixe com momento angular de polarização e orbital controlados. O design da superfície exibe forte seletividade de polarização, com experimentos mostrando que cerca de 80% da luz emitida carrega a polarização circular desejada.

O autor sênior, Emiliano Descrovi, afirmou: "Nosso objetivo é construir uma ponte entre o mundo das fontes de luz minúsculas e o mundo da luz estruturada. Ao guiar a luz através das ondas superficiais de Bloch, podemos moldá-la com alta precisão, evitando ao mesmo tempo as severas perdas dos sistemas metálicos." A equipe validou o conceito através de simulações numéricas e experimentos, com medições correspondendo às previsões, confirmando que o efeito é mediado pelas ondas superficiais.

Este método baseado em materiais dielétricos evita as limitações de eficiência das estruturas plasmônicas, sendo adequado para integração com fontes de luz em nanoescala, podendo ser estendido até o nível de fótons únicos. Ele pode ajudar a resolver o desafio de longa data de conectar emissores microscópicos a feixes macroscópicos em sistemas compactos, impulsionando a aplicação de superfícies quirais no campo da fotônica.

Detalhes da publicação: Autor: SPIE; Título: Chiral metasurfaces guide twisted light into free space; Publicado em: Advanced Photonics Nexus (2026).