Laser gera eletricidade mais rápido que qualquer outra técnica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/06/2018

A luz do laser altera a matéria, fazendo um material cerâmico produzir uma corrente elétrica. [Imagem: Michael Osadciw/Universidade de Rochester]

Laser gera eletricidade

Pegue um fio cerâmico mil vezes mais fino que do que um fio de cabelo humano e instale-o ligando dois eletrodos metálicos.

A seguir, dispare sobre o fio um pulso de laser que dura um milionésimo de um bilionésimo de segundo - também conhecido como femtossegundo, ou 10^-15segundo.

Coisas notáveis vão acontecer - coisas que até agora não eram bem compreendidas.

O material vítreo transforma-se brevemente em algo semelhante a um metal, e o laser gera um "estouro" de elétrons, que saem em disparada como se fossem uma manada - em outras palavras, o laser gera uma corrente elétrica.

E isso acontece muito mais rapidamente do que qualquer forma conhecida de gerar eletricidade na ausência de uma tensão aplicada. Além disso, a direção e a magnitude da corrente podem ser controladas simplesmente variando a forma do laser, ou seja, sua fase.

"Você não poderá construir um carro usando isso, mas poderá gerar correntes mais rápido do que nunca.

"Você será capaz de desenvolver circuitos de alguns bilionésimos de metro de comprimento [nanoescala] que operam em uma escala de tempo de um milionésimo de bilionésimo de segundo [femtossegundo].

"Mas, mais importante, este é um exemplo maravilhoso de como a matéria pode se comportar de forma tão diferente quando é levada para longe do equilíbrio. Os lasers agitam a nanojunção tão fortemente que mudam completamente suas propriedades. Isso implica que nós podemos usar a luz para ajustar o comportamento da matéria," disse o professor Ignacio Franco, da Universidade de Rochester, nos EUA.

Nanojunção é a interface entre o fio e o contato metálico.

Experimentos e simulações

Os primeiros experimentos nessa área foram feitos há vários anos, mas usavam fios moleculares feitos de uma cadeia linear de carbono conectados a contatos metálicos, formando junções em nanoescala. Ninguém conseguiu dar uma explicação razoável para o fenômeno.

A equipe do professor Franco começou então redesenhando o experimento, criando nanofios que suportam a energia do laser sem se queimar - foi por isso que eles usaram fios cerâmicos.

A possibilidade de repetir o experimento à exaustão permitiu desenvolver simulações computadorizadas para reproduzir o que estava acontecendo. Foram necessários quatro anos e milhões de horas de computação para mostrar que o laser afeta o alinhamento de nível entre o fio molecular e os contatos metálicos.

A corrente elétrica é gerada por um fenômeno chamado efeito Stark, no qual os níveis de energia da matéria são deslocados devido à presença do campo elétrico externo do laser.

"A teoria levou a um experimento que ninguém realmente entendeu, resultando em melhores teorias que agora levaram a melhores experimentos," disse Franco. "Esta é uma área em que ainda temos muitas coisas para entender."

Bibliografia:

Stark control of electrons along nanojunctions
Liping Chen, Yu Zhang, GuanHua Chen, Ignacio Franco
Nature Communications
Vol.: 9, Article number: 2070
DOI: 10.1038/s41467-018-04393-4