Materiais Avanados
Redação do Site Inovação Tecnológica – 29/08/2025
A equipe detalhou toda a receita, da criao dos hpfions individuais sua organizao em matrizes 2D e, depois, em cristais 3D.
[Imagem: Wenbo Lin et al. – 10.1103/hh5s-cprt]
Cristal espaotemporal
Uma equipe de Cingapura e do Japo idealizou um modo de organizar padres exticos de luz, semelhantes a ns de luz, para fabricar cristais de luz, estruturas similares aos slidos mas com estruturas cristalinas que se repetem no apenas pelo espao, mas tambm pelo tempo.
Esta nova verso de um cristal espao-temporal, um hbrido dos cristais comuns e dos cristais do tempo, poder ser criado no com tomos, mas com feixes de luz em duas cores diferentes, sendo a luz estruturada para criar texturas chamadas hpfions.
Hpfions so texturas topolgicas tridimensionais cujos padres internos de “rotao” se entrelaam em laos fechados e interligados. Eles so essencialmente slitons enrolados sobre si mesmos – o nome hpfion uma contrao de sliton de Hopf -, lembrando que um sliton uma onda muito estvel, que no se desmancha facilmente, no perdendo sua energia e nem o seu formato.
Os hpfions j foram teorizados ou observados em ms, em campos de luz e em cristais, mas anteriormente eram produzidos principalmente como objetos isolados.
Wenbo Lin e seus colegas descobriram agora como mont-los em matrizes ordenadas que se repetem periodicamente, como tomos em um cristal, s que aqui o padro se repete tanto no tempo quanto no espao.

Conceito de um cristal de espao-tempo 3D de hpfions.
[Imagem: Wenbo Lin et al. – 10.1103/hh5s-cprt]
De hpfions isolados a cristais de hpfions
A chave para a criao desses cristais espaotemporais um campo de luz bicromtico – de duas cores – cujo vetor eltrico traa um estado de polarizao varivel ao longo do tempo.
Sobrepondo cuidadosamente feixes com diferentes modos espaciais e polarizaes circulares opostas, a equipe definiu um “pseudospin” que evolui em um ritmo controlado. Quando as duas cores so definidas em uma proporo simples, o campo pulsa com um perodo fixo, criando uma cadeia de hpfions que se repetem a cada ciclo.
Partindo dessa cadeia unidimensional, os pesquisadores idealizaram um modo de esculpir verses de ordem superior cuja fora topolgica pode ser ajustada para cima ou para baixo. possvel, por exemplo, ajustar um inteiro que conta quantas vezes os laos internos se enrolam e at mesmo inverter seu sinal trocando as duas cores de luz. Nas simulaes computadorizadas rodadas pela equipe, os campos resultantes apresentam qualidade topolgica quase ideal quando integrados ao longo de um perodo completo.
O prximo passo passar dessas matrizes bidimensionais para cristais 3D de pleno direito, o que dever ser feito usando uma rede de campo distante formada por um conjunto de minsculos emissores com fase e polarizao devidamente configuradas, todos operando em duas cores prximas. A rede se divide naturalmente em subclulas com topologia local oposta, mas preserva um padro limpo e alternado em toda a estrutura.
Usos avanados
Ainda est tudo na teoria, mas a receita dada pela equipe levar rapidamente construo dos cristais espaotemporais, sobretudo porque eles podem ter inmeras aplicaes prticas de grande impacto.
Texturas topolgicas – como os skyrmions – j trouxeram inmeras ideias para armazenamento de dados densos e com baixas taxas de erro, bem como para o roteamento de sinais.
Estender esse conjunto de ferramentas para cristais de hpfions, levando tudo para o campo da fotnica, com a caracterstica velocidade e pequeno consumo de energia da luz, promete viabilizar de esquemas de codificao de alta dimenso e comunicaes mais resistentes a interferncias at novas estratgias de aprisionamento de tomos e de interaes luz-matria.
“O nascimento dos cristais de hpfions espao-temporais,” escreveram os autores, “abre caminho para o processamento de informaes topolgicas condensadas e robustas nos domnios ptico, terahertz e micro-ondas.”
Artigo: Space-Time Optical Hopfion Crystals
Autores: Wenbo Lin, Nilo Mata-Cervera, Yasutomo Ota, Yijie Shen, Satoshi Iwamoto
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 135, 083801
DOI: 10.1103/hh5s-cprt
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