Superada limitação secular na manipulação da luz, abrindo caminho para novas tecnologias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/12/2023

O processo é simples e não exigirá novos aparatos para funcionar nos dispositivos fotônicos e nos metamateriais.
[Imagem: Yu-Lung Tang et al. - 10.1038/s41467-023-43063-y]

Dispersão de Mie

Quando você olha para o céu e vê nuvens de formas deslumbrantes, ou se esforça para enxergar através de uma névoa densa na estrada, você está vendo os resultados da dispersão de Mie, ou espalhamento de Mie, que é o que acontece com a luz interagindo com partículas de um determinado tamanho.

Há um crescente corpo de pesquisas para manipular e tirar proveito desse fenômeno, o que está tornando possível uma série de tecnologias interessantes, como baterias que respiram, objetos invisíveis, lentes especiais, neurônios ciborgues e até cerâmica para refrigeração passiva.

Agora, uma equipe internacional superou o que se pensava serem limitações fundamentais de como aumentar a eficiência da dispersão de Mie.

Pesquisadores no campo da meta-fotônica - os metamateriais que interagem com a luz - usam fenômenos como o espalhamento de Mie para gerar comportamentos que não são possíveis com nanomateriais convencionais - por exemplo, uma tecnologia de vigilância de baixa potência. Durante muitos anos, porém, os cientistas acreditaram que a dispersão de Mie só poderia ser manipulada alterando o comprimento de onda da luz ou o tamanho da nanoestrutura com a qual a luz interage.

O que a equipe demonstrou agora é que é possível superar essa limitação. "Na nossa abordagem, desalinhamos o laser incidente," explica Yu-Lung Tang, da Universidade de Osaka, no Japão. "Em outras palavras, deslocamos a posição da iluminação em escala nanométrica do centro da nanoestrutura alvo."

E isto fez toda a diferença.

A descoberta promete novas tecnologias ópticas, incluindo transistores que funcionam com luz.
[Imagem: Yu-Lung Tang et al. - 10.1038/s41467-023-43063-y]

Transistores de luz e muito mais

Os pesquisadores descobriram que a dispersão apresentada por nanoestruturas de silício, como as usadas para fabricar os metamateriais, depende da extensão do desalinhamento do laser, inicialmente focado no centro da nanoestrutura. Um desalinhamento de apenas 100 nanômetros pode induzir o espalhamento ressonante de Mie maximizado, que anteriormente ficava obscurecido porque a microscopia convencional usa iluminação de luz de onda plana.

Essas descobertas podem aumentar a eficiência das tecnologias ópticas. Por exemplo, ajudar os pesquisadores a desenvolver transistores totalmente ópticos, ou seja, transistores que usam luz em vez de eletricidade e excedem o desempenho de seus equivalentes eletrônicos convencionais.

"Estamos entusiasmados porque expandimos os fundamentos da centenária teoria da luz da dispersão de Mie," disse o professor Junichi Takahara. "As aplicações são amplas e estão atualmente em andamento em nosso laboratório."

Esta descoberta representa também um passo importante para nossa compreensão das interações luz-matéria. Além disso, estes resultados não se limitam ao silício, e o laser incidente não precisa ter um comprimento de onda visível, abrindo caminho para avanços na metafotônica e em outras tecnologias futurísticas, como dispositivos de camuflagem.

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