Armadilha de luz é miniaturizada e permite enxergar no escuro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/01/2020

Ilustração do aprisionamento da luz e sua conversão em diferentes cores.
[Imagem: Anastasia Shalaeva/Koshelev et al. - 10.1126/science.aaz3985]

Armadilha para prender a luz

A capacidade de capturar e aprisionar a luz revelou um quase-universo de possibilidades, entre as quais memórias ópticas, processadores fotônicos e lentes perfeitas, capazes de gerar imagens sem qualquer distorção.

Tudo isso ficou mais factível agora, com o aprisionamento da luz em uma estrutura de dimensão nanométrica e por um tempo recorde - embora já se conheçam padrões perfeitos para aprisionar a luz, todos os aparatos usados até agora eram volumosos.

Kirill Koshelev e seus colegas da Rússia, Austrália e Coreia do Sul armazenaram as ondas eletromagnéticas em um nanorressonador feito com um material semicondutor.

"Nós usamos arseneto de gálio para criar cilindros com cerca de 700 nanômetros de altura e diâmetros variados, próximos a 900 nanômetros. Eles são quase invisíveis a olho nu. Como nossos experimentos mostraram, a partícula de referência capturou a luz por um tempo superior a 200 vezes o período de uma oscilação de uma onda. Geralmente, para partículas desse tamanho, a proporção é de cinco a dez períodos de oscilações de onda. E obtivemos 200!," comemorou Koshelev.

Para capturar a luz com eficiência, o raio deve ser refletido a partir dos limites internos do objeto o maior número de vezes possível, sem escapar do ressonador. Normalmente se supunha que a melhor solução seria tornar o objeto o mais complexo possível. De fato, a solução é exatamente o oposto: quanto mais planos um corpo tem, maior a probabilidade de a luz escapar dele. A forma quase ideal encontrada pela equipe foi um cilindro, que possui o número mínimo de limites. A partir daí, foi só definir o melhor diâmetro do cilindro.

Os nanorressonadores podem ser feitos de silício ou outros materiais dielétricos, além de poderem ser feitos na dimensão desejada.
[Imagem: Koshelev et al. - 10.1126/science.aaz3985]

Óculos para ver no escuro

A equipe prevê que seus nanorressonadores, que podem ser usados como conversores de cores da luz muito eficientes, permitirão criar novas aplicações para a óptica de sub-comprimento de onda e nanofotônica, incluindo o desenvolvimento de sensores compactos, dispositivos de visão noturna e tecnologias ópticas de transmissão de dados.

"Se o ressonador é capaz de capturar a luz com eficiência, então colocá-lo próximo de uma molécula aumentará a eficiência da interação da molécula com a luz em uma ordem de magnitude, e a presença de mesmo uma única molécula poderá ser facilmente detectada experimentalmente. Esse princípio pode ser usado no desenvolvimento de biossensores altamente sensíveis.

"Devido à capacidade dos ressonadores de modificar o comprimento de onda da luz, eles podem ser usados em dispositivos de visão noturna. Afinal, mesmo na escuridão, existem ondas eletromagnéticas infravermelhas que são invisíveis ao olho humano. Ao transformar seu comprimento de onda, poderíamos ver no escuro. Tudo o que você precisa fazer é aplicar esses cilindros a óculos ou no pára-brisa de um carro. Eles seriam invisíveis ao olho, mas ainda nos permitiriam ver muito melhor no escuro do que podemos sem eles," explicou Koshelev.

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