Efeito fotoelétrico no plano é 100 vezes mais forte

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/06/2022

A antena de luz é constituída por heteroestruturas semicondutoras (vários tipos de semicondutores) em folhas com espessura atômica.
[Imagem: Wladislaw Michailow et al. - 10.1126/sciadv.abi8398]

Efeito fotoelétrico no plano

Pesquisadores estavam tentando construir melhores antenas para a promissora radiação terahertz, ou raios T, quando se depararam com um efeito inusitado.

Ao interagir com um metal, a luz na frequência de terahertz gerou um efeito muito similar ao efeito fotoelétrico, aquele que rendeu o Nobel de Física a Albert Einstein - só que pelo menos duas ordens de grandeza maior.

Wladislaw Michailow e seus colegas precisaram voltar aos princípios básicos para entender o que estava acontecendo - eles batizaram o fenômeno de "efeito fotoelétrico no plano", embora ainda não tenham uma explicação completa para ele.

Como o efeito é muito mais forte do que qualquer coisa que se conhecia, isso significa que é possível construir antenas muito mais sensíveis para a detecção dos raios T. E detectar a radiação terahertz é um dos grandes empecilhos à sua utilização prática.

"Isso nos deixa um passo mais perto de tornar a tecnologia terahertz utilizável no mundo real," disse o professor David Ritchie, um dos coordenadores da equipe.

O efeito medido pela equipe é 100 vezes mais forte do que o previsto por Einstein na teoria do efeito fotoelétrico.
[Imagem: Wladislaw Michailow et al. - 10.1126/sciadv.abi8398]

Não entendemos, mas acontece

Tudo começou quando a equipe foi testar um novo tipo de antena de terahertz e descobriu que ela apresentava um sinal muito mais forte do que seria teoricamente possível - ou explicável com base nas teorias atuais.

O que está em jogo é o modo como a luz interage com a matéria: Em altas frequências, a matéria absorve a luz na forma de partículas únicas - fótons. Essa interpretação, proposta por Einstein, formou a base da mecânica quântica e permitiu explicar o efeito fotoelétrico, que está na base do funcionamento das células solares e dos sensores das câmeras digitais, entre inúmeras outras aplicações.

O efeito fotoelétrico consiste na liberação de elétrons de um material condutor - um metal ou um semicondutor - pelos fótons que atingem o material. No caso de um objeto tridimensional, os elétrons podem ser expelidos no vácuo por fótons na faixa ultravioleta ou de raios X, ou liberados em um dielétrico na faixa do infravermelho médio ao visível.

Mas o processo de fotoexcitação quântica observada na faixa dos terahertz não se encaixa nesse padrão, sendo cerca de 100 vezes mais forte. Infelizmente, teremos que esperar que os teóricos decifrem o que está ocorrendo, porque os resultados apresentados pela equipe foram experimentais, ainda sem uma explicação completa.

"O fato de que tais efeitos podem existir em gases de elétrons bidimensionais altamente condutores em frequências muito mais baixas não foi compreendido até agora, mas conseguimos provar isso experimentalmente," disse Michailow.

Vantagens da radiação terahertz

A radiação terahertz pode atravessar objetos, incluindo o corpo humano, sem causar qualquer dano - é uma radiação não-ionizante -, ao passo que os raios X, por exemplo, podem ser altamente danosos para a biologia se aplicados acima de uma intensidade mínima.

As ondas terahertz permitem, por exemplo, fazer imagens de um tecido canceroso que não pode ser visto a olho nu, estudar novos materiais de forma não-destrutiva, criar novos escâneres de segurança e, claro, podem ser usadas para permitir comunicações sem fio ainda mais rápidas do que as atuais.

"Nós nos comunicamos usando telefones celulares que transmitem radiação de micro-ondas, e usamos câmeras infravermelhas para visão noturna. Terahertz é o tipo de radiação eletromagnética que fica entre as micro-ondas e a radiação infravermelha, mas, no momento, faltam fontes e detectores desse tipo de radiação, que seria barata, eficiente e fácil de usar. Isso dificulta o uso generalizado da tecnologia terahertz," detalhou Ritchie.

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