Spaser: criado o menor laser do mundo

Agência Fapesp - 17/08/2009

O spaser é o menor laser já criado desde sua invenção, há 50 anos.
[Imagem: Birck Nanotechnology Center, Purdue University]

Miniaturização dos lasers

Uma fonte de luz laser é imprescindível para o funcionamento de circuitos nanofotônicos, que têm grande potencial para servir de base a tecnologias e computadores no futuro, onde os fótons substituirão os elétrons.

Mas os lasers atuais não podem ser fabricados com dimensões pequenas o suficiente para serem integrados no interior dos chips eletrônicos.

Pesquisadores norte-americanos acabam de superar esse obstáculo, ao conseguir construir pela primeira vez um novo tipo de laser, teorizado em 2003. Em vez de utilizarem os fótons que formam a luz, eles utilizaram nuvens de elétrons, conhecidas como plasmons de superfície, para criar pequenos dispositivos batizados como spasers.

A descoberta foi feita por cientistas das universidades de Purdue, Estadual de Norfolk e de Cornell, nos Estados Unidos.

Nanofotônica

A nanofotônica pode viabilizar, segundo os pesquisadores, uma série de avanços radicais, incluindo poderosas "hiperlentes" - resultando em sensores microscópios dez vezes mais poderosos do que os atuais e capazes de observar objetos tão pequenos quanto o DNA -, coletores solares mais eficientes ou computadores e produtos eletrônicos que utilizam a luz em vez de sinais eletrônicos para processar a informação.

"Nós demonstramos a viabilidade do componente mais crítico - o nanolaser - essencial para que a nanofotônica se torne uma aplicação tecnológica prática", disse um dos autores, Vladimir Shalaev, professor de Engenharia Elétrica e da Computação da Universidade de Purdue.

Nanolasers

Os nanolasers, construídos com base no novo spaser, criados pelos pesquisadores consistem em esferas de 44 nanômetros (bilionésimos de metro) de diâmetro. Mais de um milhão dessas esferas poderiam caber dentro de um único glóbulo vermelho.

A descoberta confirma o trabalho realizado pelos físicos David Bergman, da Universidade de Tel Aviv (Israel), e Mark Stockman, da Universidade Estadual da Geórgia (Estados Unidos), que propuseram o conceito de spaser em 2003.

"Esse trabalho representa um marco importante que pode vir a ser o início de uma revolução na nanofotônica, com aplicações em imageamento e sensores em escalas muito menores que o comprimento de onda da luz visível", disse Timothy Sands, diretor do Centro Birck de Nanotecnologia do Parque Tecnológico de Purdue.

Spasers

Os spasers contêm um núcleo de ouro envolto em uma câmara de material semelhante a vidro cheia com um corante verde. Quando uma luz é direcionada às esferas, plasmons gerados pelo núcleo de ouro são amplificados pelo corante. Os plasmons são então convertidos em fótons de luz visível, que são emitidos como um laser.

Spaser é uma sigla de surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation (amplificação de plasmon de superfície por emissão estimulada de radiação). Para atuar como lasers, os dispositivos exigem um sistema de retroalimentação que faz com que os plasmons de superfície oscilem para frente e para trás, de forma a ganhar força e serem emitidos como luz.

Os lasers convencionais são limitados em relação ao tamanho mínimo com que podem ser fabricados, porque, para os fótons, esse componente de retroalimentação, chamado ressonador óptico, precisa ter pelo menos a metade do tamanho do comprimento de onda da luz laser.

Os pesquisadores, no entanto, superaram esse obstáculo usando os plasmons de superfície no lugar dos fótons, o que lhes permitiu criar um ressonador de 44 nanômetros de diâmetro, ou com menos de um décimo do tamanho dos 530 nanômetros do comprimento da onda emitida pelo spaser.

Avanços futuros

"No momento em que vamos comemorar os 50 anos da invenção do laser, talvez tenhamos conseguido um avanço radical para as tecnologias laser", disse Shalev. O primeiro trabalho sobre laser foi publicado em 1960.

De acordo com os cientistas, trabalhos futuros poderão envolver a criação de um nanolaser com base em spasers que utiliza uma fonte elétrica em vez de uma fonte luminosa - o que iria tornar o dispositivo mais prático para aplicações em computadores e na indústria eletrônica.

Para conhecer outras pesquisas trabalhando com nanolasers, veja Nanolaser permitirá integração de circuitos ópticos em chips e Vibrações magnéticas são mostradas em cores pela primeira vez.

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