Pesquisadores da Beihang University e da Westlake University apresentaram uma metassuperfície capaz de transformar um feixe laser gaussiano em luz de intensidade homogênea, aumentando em aproximadamente 23 % a sensibilidade de co-magnetômetros baseados em ressonância magnética nuclear (NMR). O resultado foi divulgado em 30 de janeiro de 2026 na revista Microsystems & Nanoengineering.
Co-magnetômetros NMR são utilizados em navegação inercial, exploração geofísica e sensores biomédicos. O desempenho desses dispositivos depende da eficiência do bombeamento óptico, processo que polariza spins atômicos por meio de iluminação a laser. Feixes gaussianos concentram energia no centro e têm bordas mais fracas, provocando polarização desigual e rápida decoerência dos spins.
A metassuperfície desenvolvida altera essa dinâmica ao codificar informações de intensidade no perfil de polarização da luz, em vez de modificar amplitude ou fase. Formada por nanoantenas de silício subcomprimento de onda, a estrutura gira localmente a polarização do feixe incidente. Na presença de um analisador, a luz transmitida exibe distribuição plana e uniforme, estável durante a propagação.
Ganhos experimentais
Medições mostraram que o dispositivo reduz o contraste de intensidade no feixe, eleva a polarização eletrônica e nuclear e diminui taxas de relaxamento transversal. Com a mesma potência de bombeamento, a sensibilidade magnética do co-magnetômetro aumentou cerca de 23 % em comparação com o feixe gaussiano convencional.
Integração compacta
A solução é passiva, planar e não requer componentes volumosos, modulação ativa ou consumo adicional de energia. Funciona na faixa de frequência relevante para sensores quânticos e pode ser integrada a nível de chip, favorecendo aplicações em giroscópios atômicos, magnetômetros miniaturizados e sistemas portáteis de navegação ou diagnóstico biomédico.
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O estudo, intitulado “Alleviating optical pumping inhomogeneity using a polarization-encoded metasurface in NMR co-magnetometers” (DOI: 10.1038/s41378-025-00989-1), destaca que uniformizar o bombeamento óptico é crucial para ampliar a coerência de spin sem aumentar a potência luminosa, abrindo caminho para dispositivos quânticos mais precisos e compactos.
Com informações de Nanowerk
