Nanoantena captura e amplifica a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/10/2010

Esta visualização artística mostra como plasmons de superfície entre dois eletrodos de ouro capturam e concentram a luz de um laser, amplificando-a por um fator de 1.000.
[Imagem: Natelson Lab/Rice University]

Todo o mundo que já tenha usado uma TV, rádio ou telefone celular sabe o que uma antena faz: ela capta os sinais eletromagnéticos que vêm pelo ar e que tornam esses equipamentos tão práticos e úteis.

Agora, cientistas da Universidade Rice, nos Estados Unidos, construíram uma antena que capta a luz da mesma forma, em pequena escala, mas com grande potencial de uso nanotecnológico.

Concentração da luz

A antena óptica é formada por duas pontas de ouro, separadas por uma distância menor do que um nanômetro, no qual a luz de um laser é capturada e concentrada.

Segundo Doug Natelson e Dan Ward, os criadores do dispositivo, a nanoantena amplifica em até mil vezes a intensidade da luz no espaço entre os dois eletrodos de ouro.

Os cientistas afirmam que a descoberta será útil no desenvolvimento de ferramentas ópticas, químicas e de detecção biológica, alcançando até mesmo o nível molecular.

Para medir a concentração da luz obtida pela antena, o que não pode ser feito diretamente, os cientistas medem variações no fluxo da corrente elétrica fluindo entre as pontas de ouro.

Colocando as duas pontas tão próximas permite que as cargas elétricas fluam de um lado para o outro através do tunelamento quântico. Aplicando uma tensão, os pesquisadores fazem com que elétrons movam-se em baixas frequências, de uma maneira altamente controlável e mensurável.

Quando eles utilizam o laser, ao contrário, os elétrons passam a se mover em alta velocidade, seguindo a frequência muito mais alta da luz.

Comparando os dois processos, torna-se possível determinar a "amplificação" da luz obtida pela antena.

Amplificação da luz

Esta é uma imagem da nanoantena real, colorida artificialmente, feita por um microscópio eletrônico de varredura.
[Imagem: Natelson Lab/Rice University]

A amplificação é um efeito plasmônico, explica Natelson. Os plasmons, que podem ser excitados pela luz, são elétrons que oscilam sobre superfícies metálicas como ondas em uma piscina. "Você pega uma estrutura de metal, dispara um feixe de luz sobre ela e a luz faz com que os elétrons surfem pela superfície," explica ele.

Quando esses elétrons começam a se movimentar para um lado e para o outro, o resultado é a criação de uma corrente elétrica.

"Na superfície do metal, esses campos podem ser muito grandes - muito maiores do que aqueles da radiação original", diz Natelson. "O difícil é medir o quão maior."

Medindo simultaneamente as correntes de baixa frequência, induzidas eletricamente, e as correntes de alta frequência, induzidas opticamente, os pesquisadores conseguiram determinar com precisão o ganho obtido conforme a antena captura a luz do laser.

Natelson afirma que o experimento exigiu a construção de aparelhos inéditos, que combinam a eletrônica em nanoescala com a óptica. "Há um monte de gente fazendo óptica e há um monte de gente fazendo medições elétricas em nanoescala," diz ele. "Mas não há muitas pessoas combinando as duas coisas."

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