Nanotecnologia

Quasipartícula é fotografada pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/08/2017

Esta ilustração é mais clara do que a imagem propriamente dita: Um laser vindo da parte superior esquerda acerta a ponta afiada de um semicondutor plano. Os círculos vermelhos dentro do semicondutor são as ondas associadas com as quasipartículas - elas são as próprias quasipartículas. [Imagem: Zhe Fei Group/Iowa State University]

Foto de quasipartícula

A imagem da estrutura quântica não surge na tela como um objeto como os que estamos acostumados a ver em escala macro, como uma bola, um cubo ou qualquer outro formato.

Em vez disso, o que se vê são linhas verticais brancas e escuras alternadas. Mas estas linhas dão informações suficientes para os físicos para que eles apontem o dedo e digam com segurança: estas são quasipartículas chamadas excitons-polaritons, vistas pela primeira vez.

"Estas ondas são como ondas na água. É como jogar uma pedra na superfície da água e ver as ondas. Mas estas ondas são exciton-polaritons," garante o professor Zhe Fei, da Universidade do Estado de Iowa, nos EUA.

Por que isso é importante? Porque essas quasipartículas são meio matéria e meio luz, e prometem nada menos do que circuitos nanofotônicos pelo menos 1 milhão de vezes mais rápidos do que os circuitos eletrônicos atuais.

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Exciton e polariton

Os excitons são nanoestruturas que se formam quando a luz é absorvida por um material semicondutor. Quando os excitons se acoplam fortemente com os fótons, eles criam excitons-polaritons, que são, desta forma, essencialmente uma combinação de luz e matéria.

Esta é a imagem real da quasipartícula conforme ela se move pelo semicondutor. [Imagem: F. Hu et al. - 10.1038/nphoton.2017.65]

Como todas as quasipartículas, estas são criadas dentro de um sólido e possuem propriedades físicas, como energia e momento. Estas que serviram de modelo para a primeira fotografia já feita dessas quasipartículas foram criadas disparando um laser sobre um fino floco de disseleneto de molibdênio (MoSe2), um semicondutor em camadas que suporta os excitons.

Até recentemente, as quasipartículas só podiam ser observadas em temperaturas extremas, próximas do zero absoluto, e ainda assim usando espectrografia para registrá-las na forma de picos ou vales de ressonância em espectros ópticos. Esta é a primeira vez que elas foram flagradas no espaço real, conforme se deslocavam no interior do semicondutor.

"Nós somos os primeiros a mostrar uma imagem dessas quasipartículas, e como elas se propagam, interferem e emitem," disse Fei, acrescentando que as imagens foram geradas conforme as quasipartículas se moviam, a temperatura ambiente, ao longo de 12 micrômetros do semicondutor, uma distância gigantesca para partículas quânticas.

O pesquisador acrescenta que a expectativa é para a construção de transistores de polaritons, que permitirão explorar as características dessas partículas. Mas ainda há um caminho a percorrer antes disso: "Nós precisaremos explorar mais a física dos exciton-polaritons e como essas quasipartículas podem ser manipuladas," disse o pesquisador.

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Bibliografia:

Imaging exciton-polariton transport in MoSe2 waveguides
F. Hu, Y. Luan, M. E. Scott, J. Yan, D. G. Mandrus, X. Xu, Z. Fei
Nature Photonics
Vol.: 11, 356-360
DOI: 10.1038/nphoton.2017.65