31/8/2009
Agência FAPESP – O menor laser semicondutor do mundo, capaz de gerar luz visível em um espaço menor do que o tamanho de uma única molécula de proteína, acaba de ser produzido por um grupo de pesquisadores dos Estados Unidos e da China.
O importante avanço no campo da óptica está descrito em artigo publicado neste domingo (30/8) na edição on-line da revista Nature. Os cientistas descrevem que, além de comprimir luz em um espaço até então considerado inviável, encontraram uma nova maneira de fazer com que a energia luminosa não se dissipe à medida que é emitida, ou seja, obtendo a ação do laser.
Cientistas constroem o menor laser semicondutor do mundo, capaz de gerar luz visível em um espaço menor do que o tamanho de uma única molécula de proteína (foto: divulgação)
Segundo os autores, a conquista poderá possibilitar o desenvolvimento das mais variadas inovações, como o de nanolasers que possam perscrutar, manipular e caracterizar moléculas de DNA, tecnologias de telecomunicações ópticas muito mais rápidas do que as atuais e o desenvolvimento da computação óptica, na qual a luz substitui os circuitos eletrônicos atuais.
“Esse trabalho derruba as noções tradicionais de limites do laser e representa um grande avanço no desenvolvimento de novas aplicações nas áreas biomédica, de comunicações e de computação”, disse Xiang Zhang, diretor do Centro de Ciência e Engenharia em Nanoescala da Universidade da Califórnia em Berkeley, um dos líderes da pesquisa que teve apoio da National Science Foundation.
A noção tradicional é de que uma onda eletromagnética – entre as quais o laser – não pode ser focada além do tamanho da metade de seu comprimento de onda. Mas grupos de pesquisa em diversos países têm conseguido formas de comprimir a luz até a escala de dezenas de nanômetros (bilionésima parte do metro) ao “grudá-la” em elétrons que oscilam coletivamente na superfície de metais.
Essa interação entre luz e elétrons oscilantes é chamada de plásmon de superfície. Diversos grupos têm tentado construir lasers de plásmons de superfície que possam sustentar e aproveitar essas ínfimas excitações ópticas. Mas a resistência inerente dos metais faz com que essas formas se dissipem quase imediatamente após terem sido geradas.
Zhang e colegas partiram para uma nova abordagem de modo a evitar a perda de energia luminosa. O grupo empregou um nanofio de sulfeto de cádmio (1 mil vezes mais fino do que um fio de cabelo humano) e uma superfície de prata, os dois separados por um espaço de isolamento de apenas 5 nanômetros (o tamanho de uma molécula de proteína).
Nessa estrutura, o espaço de isolamento foi capaz de armazenar luz em uma área 20 vezes menor do que seu comprimento de onda. Como a energia luminosa foi armazenada nesse espaço não luminoso, a perda foi diminuída significativamente, sendo possível a amplificação da luz e a obtenção do laser.
“Em escalas tão pequenas não há muito espaço para atuar. Em nossa estrutura, o nanofio atua tanto como um mecanismo de confinamento como um amplificador. Ou seja, ele trabalha em dobro”, disse Rupert Oulton, do laboratório de Zhang e autor do estudo.
“Um ponto particularmente entusiasmante a respeito dos lasers de plásmons que demonstramos nesse trabalho é que eles estão em estado sólido e são totalmente compatíveis com a produção de semicondutores. Ou seja, podem ser aplicados em escala industrial”, disse Volker Sorger, outro membro do grupo.
Os autores do estudo pretendem diminuir a luz até o tamanho do comprimento de onda de um elétron, ou cerca de 1 nanômetro, de modo que os dois, luz e elétrons, possam atuar em conjunto de modo equivalente.
O artigo Plasmon lasers at deep subwavelength scale, de Xiang Zhang e outros, pode ser lido por assinantes da Nature em www.nature.com.
