É possível “apertar” a luz até a espessura de um átomo

(dr) ICFO

Aprisionamento da luz entre camadas de dois materiais bidimensionais

Uma equipe internacional de cientistas, que inclui físicos da Universidade do Minho (UMinho), em Portugal, estabeleceu o recorde no aprisionamento da luz.

A Universidade do Minho integrou uma equipe internacional que “confinou e guiou a luz pela primeira vez” em um espaço de “apenas um átomo de espessura”, possibilitando novas aplicações em lasers, sensores e detectores em nanoescala, anunciou a instituição.

“Mostramos que era possível pegar em algo que normalmente tem dimensões muito grandes e conseguir, de uma maneira inteligente, apertá-lo para caber em um local onde normalmente não cabia”, refere Nuno Peres, um dos autores do artigo publicado na Science, citado pelo Público.

Em comunicado, a Universidade do Minho explica que os cientistas do Centro de Física da academia Nuno Peres e Eduardo Dias criaram “uma espécie de lego em escala atômica com materiais 2D”, juntamente com o Instituto de Ciências Fotônicas de Barcelona (ICFO), o Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) e o apoio do Graphene Flagship, em um “consórcio com o maior financiamento europeu da história”.

Devem-se a Eduardo Dias, licenciado e mestre em Física, “todos os cálculos teóricos da pesquisa, sob supervisão científica de Peres”, sendo que o estudo foi iniciado na sua tese de mestrado e resultou em uma “inovação que abre portas a novas aplicações em lasers, sensores e detectores em nanoescala“.

De acordo com a instituição, “o primeiro transístor media um centímetro há 70 anos e, com a evolução, é agora mil vezes menor que um fio de cabelo“, sendo que “os cientistas tentam reduzir ao máximo o tamanho dos dispositivos que controlam e guiam a luz, pois ela pode ser um canal de comunicação ultrarrápido.

A academia portuguesa considera que o desafio presente da ciência “é desenvolver técnicas para confinar a luz em espaços milhões de vezes menores que os atuais”.

Já se sabia que os metais podem comprimir a luz na escala de comprimento de onda, mas com perdas consideráveis de energia. A equipe, coordenada por Frank Koppens, do ICFO, mudou agora o paradigma.

“Construiu um lego nano-ótico formado por uma monocamada de grafeno (um tipo de carbono), uma monocapa de nitreto de boro hexagonal (isolador) e, por cima, uma série de hastes metálicas, como se fossem colunas romanas. Foi usado o grafeno, capaz de ‘guiar’ oscilações de elétrons que interagem fortemente com a luz”, explica o comunicado.

O passo que se seguiu foi baseado em enviar luz infravermelha através desse dispositivo, reduzindo até o limite máximo o espaço entre o grafeno e o metal.

“Com surpresa, a luz continuou a se propagar de forma livre e eficiente no espaço ocupado por um único átomo, sem perdas de energia, e aplicando uma simples tensão elétrica, era possível ativar ou desativar a propagação”, salienta o texto.

A descoberta permitirá aplicações em “novos tipos de lasers, sensores, detectores e interruptores óticos ultrapequenos”, além de permitir “explorar a manipulação de luz infravermelha em escala atômica e, ainda, interações extremas entre a luz e a matéria que antes não eram possíveis”.

Esse tipo de sensor é chamado de sensores plasmódicos, já que a radiação apertada chama-se radiação plasmódica. Ao levar essas aplicações para a vida real, Nuno Peres diz ao Público que atualmente já existem sensores plasmódicos, como alguns testes de gravidez que usam outros materiais plasmódicos e como as nanopartículas de ouro.

Segundo o cientista, “quando a proteína certa entra em contato com a nanopartícula e ela é iluminada por luz, o sensor vai detectar a presença dessa molécula que está ao redor das nanopartículas e permitirá saber se a substância química associada à gravidez está ou não presente”.

Mas essa luz não é tão apertada como a que se conseguiu agora. “Aqui, temos exatamente a mesma coisa, mas em uma escala muito menor”, constata o físico.

Nuno Peres, professor catedrático e vice-presidente da Escola de Ciências da Universidade do Minho, venceu, entre outros, os prêmios “Gulbenkian Ciência”, “Mérito à Pesquisa da UMinho” e “Seeds of Science”.

Além disso, Nuno Peres é o português cujas publicações científicas são as mais citadas internacionalmente, segundo a Clarivate Analytics.

Ciberia // ZAP

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