Plasmomecânica acopla luz, calor e vibração mecânica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  05/07/2018

O oscilador plasmomecânico usa vibrações dos elétrons, induzidas pela luz, para controlar a oscilação de um braço mecânico. [Imagem: Roxworthy, Aksyuk - 10.1364/OPTICA.5.000071]

Acoplamento optomecânico

Imagine uma única partícula, com apenas um décimo do diâmetro de uma bactéria, cujos movimentos minúsculos induzem vibrações sustentadas em um dispositivo mecânico inteiro, cerca de 50 vezes maior.

Este é um oscilador plasmomecânico, um dispositivo que acopla plásmons de superfície - oscilações coletivas de elétrons na superfície da nanopartícula metálica, induzidas pela luz - com o dispositivo mecânico vibratório.

Em outras palavras, o pequeno componente permite um intercâmbio entre a luz, o calor (gerado pela incidência da luz) e as vibrações mecânicas, onde cada um deles pode ser controlado e usado para influenciar os outros.

Esse acoplamento optomecânico é altamente desejável porque permite modular e controlar o fluxo de luz no interior de chips de silício ou a propagação de feixes de luz viajando no espaço livre.

Mecanismo e aplicações

O componente consiste de uma nanopartícula de ouro, com cerca de 100 nanômetros de diâmetro, incorporada em um pequeno braço - como uma plataforma de mergulho em miniatura - feita de nitreto de silício. O espaço livre entre esses componentes e a base é controlado por um atuador eletrostático, que se inclina em direção à placa quando uma tensão é aplicada. A nanopartícula funciona como uma única estrutura plasmônica que possui uma frequência natural, ou ressonante, que varia com a largura do espaçamento, da mesma forma que afinar uma corda de violão altera a frequência com que a corda reverbera.

O sistema é modulado tanto pela aplicação de uma tensão no atuador eletrostático quanto pelo calor do laser usado para iluminá-lo.

Há uma miríade de aplicações tecnológicas para esse dispositivo inusitado, dizem Brian Roxworthy e Vladimir Aksyuk, do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST) dos EUA.

Segundo eles, com o tamanho de um glóbulo vermelho, o componente oferece novas maneiras de miniaturizar os osciladores mecânicos, melhorar os sistemas de comunicação que dependem da modulação da luz, amplificar dramaticamente sinais mecânicos e elétricos muito fracos e criar sensores ultrassensíveis para os pequenos movimentos das nanopartículas.

Bibliografia:

Electrically tunable plasmomechanical oscillators for localized modulation, transduction, and amplification
Brian Roxworthy, Vladimir Aksyuk
Optica
Vol.: 5, Issue 1, pp. 71-79
DOI: 10.1364/OPTICA.5.000071