Fotônica mistura luz e matéria - não dá pra dizer o que é o quê

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/06/2019

Agora é luz, agora é matéria - como é rápido demais para separar os "agoras", resta um híbrido de matéria e luz. 
[Imagem: Denis Baranov/Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology]

Mistura de luz e matéria

Pesquisadores da Suécia descobriram uma maneira completamente nova de capturar, amplificar e conectar a luz à matéria em nível nanoscópico.

Usando uma caixa minúscula, construída de um material que consiste em uma única camada atômica, eles conseguiram criar um tipo de circuito de retroalimentação no qual a luz e a matéria se tornaram indistinguíveis.

Essa inovadora "caixa de luz" faz com que as alternâncias entre luz e matéria ocorram tão rapidamente que não é mais possível distinguir entre os dois estados. Luz e matéria tornam-se uma coisa só.

"Nós criamos um híbrido que consiste em partes iguais de luz e matéria. O conceito abre portas completamente novas tanto na pesquisa fundamental quanto na nanofotônica aplicada, e há um grande interesse científico nisso," disse o professor Ruggero Verre, da Universidade de Tecnologia de Chalmers.

Nanofotônica

A criação desse híbrido de luz e matéria foi possível utilizando dois conceitos já conhecidos, mas combinando-os de maneira inovadora. O primeiro é uma nanoantena, que captura e emite luz da maneira mais eficiente possível. O outro é um tipo de material bidimensional atomicamente fino, conhecido como "metal de transição dicalcogeneto", ou TMDC (transition-metal dichalcogenide) - esses materiais são mais conhecidos como molibdenita, mas pertencem a essa classe tanto o dissulfeto de molibdênio (MoS2) quanto o dissulfeto de tungstênio (WS2).

A equipe trabalhou com um TMDC bem conhecido, o dissulfeto de tungstênio, que se assemelha ao grafeno, mas usando-o de uma nova maneira.

A luz superfluida e algumas quasipartículas prometem novas formas de computação usando luz e matéria.
[Imagem: Polytechnique Montreal]

O truque consistiu em criar uma pequena caixa de ressonância, dentro da qual a luz e a matéria interagem - é muito parecido com a caixa de um violão, só que esta opera com ondas sônicas. A caixa de ressonância garante que a luz seja capturada pelas nanoantenas e se reflita em um certo "tom" dentro do material, garantindo assim que a energia da luz possa ser eficientemente transferida para os elétrons do material TMDC e re-emitida. Tudo ocorre em uma única partícula com um diâmetro de apenas 100 nanômetros, ou 0,00001 centímetro.

"Nós conseguimos demonstrar que materiais em camadas atomicamente finas podem ser nanoestruturados em minúsculos ressonadores ópticos, o que é de grande interesse para aplicações fotônicas. Como essa é uma nova maneira de usar o material, estamos chamando isso de 'nanofotônica TMDC'. Estou certo que este campo de pesquisa tem um futuro brilhante," disse o professor Timur Shegai, coordenador da equipe.

Fotônica e nanofotônica

A fotônica envolve os vários meios de se usar a luz. A comunicação por fibra óptica é um exemplo de fotônica, assim como a tecnologia por trás dos fotodetectores e das células solares. Quando os componentes fotônicos são tão pequenos que são medidos em nanômetros, seu emprego é chamado de nanofotônica.

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Bibliografia:

Artigo: Transition metal dichalcogenide nanodisks as high-index dielectric Mie nanoresonators
Autores: Ruggero Verre, Denis G. Baranov, Battulga Munkhbat, Jorge Cuadra, Mikael Käll, Timur Shegai
Revista: Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-019-0442-x