Nanoestruturas são manipuladas usando feixes de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/11/2009

O aparato construído para tirar proveito de todos esses fenômenos lembra duas rodas de bicicleta, uma colocada sobre a outra, compartilhando o mesmo eixo.
[Imagem: Cornell Nanophotonics Group]

Um cientista brasileiro, atualmente na Universidade de Cornell, nos Estados Unidos, utilizou um feixe de luz com apenas 1 miliwatt de potência para mover objetos de silício, abrindo caminho para que nanomecanismos possam ser movimentados a partir de fontes externas de energia.

A pesquisa, conduzida por Gustavo Wiederhecker, poderá ter aplicações no desenvolvimento de sistemas microeletromecânicos (MEMS), nanomáquinas com partes móveis, e sistemas microoptomecânicos (MOMS), que combinam partes móveis com circuitos fotônicos.

Força da luz

Pode-se imaginar a luz como uma torrente de partículas que exercem uma força sobre qualquer objeto em que incida. A luz do Sol não arremessa você para longe porque essa força é muito pequena. Mas, em nanoescala, ela passa a ser significativa.

"O desafio é que é necessário grandes forças ópticas para alterar a geometria das estruturas fotônicas," explica a professora Michal Lipson, orientadora de Gustavo.

Como aumentar a potência da luz não é a solução nesses dispositivos minúsculos e sensíveis, os pesquisadores trabalharam na redução da força necessária para mover suas estruturas.

"Força de atração" da luz

O grupo de pesquisadores criou dois anéis ressonantes que foram colocados um sobre o outro a uma curta distância (veja a foto). Esses anéis são guias de onda cuja circunferência é um múltiplo do comprimento da luz usada para controlá-los.

Um feixe de luz é formado por campos elétricos e magnéticos. Esses campos podem exercer uma atração sobre objetos próximos, de forma parecida com a com a eletricidade estática atraindo grãos de poeira. Este fenômeno, largamente utilizado nas chamadas pinças ópticas, puxa qualquer coisa que esteja na borda do foco de luz em direção ao seu centro.

Quando a luz passa por um guia de ondas cuja seção transversal é menor do que o seu comprimento de onda, uma parte da luz "transborda", levando com ela essa força atrativa. Assim, guias de onda paralelos tendem a se aproximar, como duas gotas de chuva escorrendo sobre a vidraça se tocam e se juntam pela ação da tensão superficial.

Rodas de bicicleta nanotecnológicas

O aparato construído para tirar proveito de todos esses fenômenos lembra duas rodas de bicicleta, uma colocada sobre a outra, compartilhando o mesmo eixo.

Quando a luz na frequência de ressonância dos anéis - neste caso luz infravermelha com comprimento de onda de 1.533,5 nanômetros - atinge o dispositivo, a força entre os anéis é suficiente para deformá-los em até 12 nanômetros.

Essa variação dos anéis é suficiente para alterar outras ressonâncias e ligar e desligar feixes secundários de luz que passam pelos anéis.

Quando a luz que atinge os dois anéis está em fase - os picos e vales das ondas coincidem - as duas "rodas de bicicleta" são puxadas um de encontro à outra. Quando a luz está fora de fase eles se repelem.

Sobretudo este último efeito pode ser muito útil nas nanomáquinas, uma vez que peças nanométricas de silício tendem a grudar umas nas outras, inviabilizando o funcionamento dos MEMS.

No campo dos circuitos fotônicos, uma possível aplicação será na criação de filtros ajustáveis, capazes de permitir a passagem de luz com comprimento de onda específico.

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