Físicos fazem milagre da multiplicação da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/03/2021

As emissões geradas eletricamente e por laser (em cima) já eram conhecidas, mas sua combinação gerou algo como 1 + 1 = 1000.
[Imagem: Natelson Research Group/Rice University]

Emissão plasmônica de luz

Físicos descobriram um fenômeno que aumenta a intensidade da luz emitida por um componente em nanoescala em mais de 1.000 vezes em relação ao que a teoria dizia ser possível.

Tudo acontece em um pequeno espaçamento entre dois nanofios, o que os físicos chamam de junção plasmônica.

O termo "plasmônica" refere-se aos plásmons de superfície, ondulações nos elétrons de um metal induzidas pela incidência da luz no metal.

Acontece que essas ondulações, quando chegam na extremidade do metal - neste caso de um nanofio de ouro -, não se dissipam e, como se tendendo a saltar, geram elétrons de altíssima energia, atingindo temperaturas de mais de 2.000 ºC. Em um processo ainda não totalmente compreendido, esses elétrons parecem se recombinar com cargas positivas e então emitem fótons, ou seja, luz.

Não é muita luz, mas ela pode ser aumentada de duas maneiras: aplicando um campo elétrico aos dois nanofios separados pela junção plasmônica, ou disparando um laser diretamente na junção.

Milagre da multiplicação da luz

O que Longji Cui e seus colegas da Universidade Rice, nos EUA, descobriram agora é que a emissão de luz pode ficar mais forte quando se faz as duas coisas ao mesmo tempo, ou seja, quando se aplica o campo elétrico e o campo de luz simultaneamente.

O que ninguém esperava era o ganho de luminosidade: 1.000 vezes maior do que quando se usa apenas uma das técnicas.

"Gosto da ideia de 1 + 1 = 1.000," comentou o professor Douglas Natelson. "Você faz duas coisas, cada uma das quais não lhe dá muita luz nesta faixa de energia, mas juntas, uau, uma vaca sagrada! Há muita luz saindo."

A equipe ainda não sabe exatamente o que gera esse milagre da multiplicação da luz, mas levanta algumas hipóteses.

Uma possibilidade é que as portadoras ópticas e elétricas se combinem para aumentar a geração de elétrons quentes. Outra possibilidade é que a emissão de luz seja aumentada por meio de um processo de nome complicado, o espalhamento Raman eletrônico anti-Stokes, pelo qual a entrada de luz faz os portadores quentes já energizados relaxaram de volta aos seus estados fundamentais, liberando mais fótons.

"Algo interessante está acontecendo lá, onde cada uma dessas excitações individuais não é suficiente para fornecer a quantidade de luz que sai," ressaltou Natelson. "Mas junte-as e a temperatura efetiva é muito mais alta. Essa é uma [outra] explicação possível: Que a saída de luz seja uma função exponencial da temperatura. Alcançar essa temperatura efetiva leva centenas de femtossegundos."

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