Laser plasmônico funciona a temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/01/2011

O esquema na parte superior mostra o nanoquadrado de sulfeto de cádmio (Cd) em cima de um substrato de prata (Ag), separados por uma camada de 5 nanômetros de fluoreto de magnésio (MgF2). Os campos elétricos mais intensos ficam nessa camada de fluoreto de magnésio. Embaixo, o padrão de emissão de luz e uma micrografia do dispositivo real.
[Imagem: Renmin Ma et al./Rupert Oulton/UC Berkeley]

Laser de plásmons

Em 2009, a equipe do Dr. Xiang Zhang, da Universidade de Berkeley (EUA) criou um nanolaser de estado sólido capaz de gerar a luz laser em dimensões que se acreditava inalcançáveis.

Como o próprio laser é menor do que o comprimento de onda da luz, os cientistas tiraram proveito dos chamados plásmons de superfície, pacotes de energia originados por elétrons oscilantes que flutuam sobre a superfície de um metal.

Agora, a mesma equipe tirou o nanolaser de estado sólido da geladeira, o que também poderá levá-lo para fora dos laboratórios, ao conseguir fazer com que laser de plásmons funcione a temperatura ambiente.

"Os lasers plasmônicos tornam possível a criação de biodetectores de moléculas individuais, circuitos fotônicos de alta velocidade e sistemas de comunicações ópticas, mas, para isso se tornar realidade, precisávamos encontrar uma maneira de operá-los em temperatura ambiente", disse Zhang.

Vazamento de luz

Um laser plasmônico acopla as ondas de luz aos elétrons que oscilam na superfície dos metais. Isto permite que a luz seja comprimida em espaços muito menores do que seu limite natural de difração, equivalente à metade do comprimento de onda.

Essa compressão permite que o laser plasmônico interaja com objetos muito menores do que é possível com a luz comum.

O problema era que, até agora, a maior parte da luz produzida pelo laser vazava para o ambiente, o que exigiu um maior amplificação da luz restante para sustentar a operação do laser. Para conseguir essa amplificação era necessário colocar os materiais em temperaturas criogênicas, de 10 Kelvin.

Para conter o vazamento de luz, os cientistas se inspiraram nas chamadas galerias sussurrantes, que a própria equipe já havia demonstrado que também funcionam em nanoescala - a reflexão do som no interior de uma grande galeria oval permite que duas pessoas em posições opostas conversem como se estivessem uma ao lado da outra.

Em vez de trabalhar com o som, a nanogaleria sussurrante usa a técnica de reflexão interna para mandar os plásmons de superfície de volta para dentro de um pequeno quadrado, uma nanoestrutura feita de sulfeto de cádmio medindo 45 nanômetros de espessura e 1 micrômetro de comprimento.

Taxa de ganho

O aparato consegue aumentar em 18 vezes a taxa de emissão de luz, além de confiná-la em um espaço de cerca de 20 nanômetros, ou um vigésimo do tamanho do comprimento de onda.

Ao controlar a perda de radiação, já não é mais necessário colocar o nanolaser dentro de uma câmara de vácuo com hélio líquido - ele funciona em temperatura ambiente.

Os plásmons de superfície estão se tornando tão importantes que os cientistas já falam em uma nova área de pesquisas, a plasmônica.

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