Inventada a menor maneira conhecida de guiar a luz

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 24/08/2023

Como guiar a luz

Direcionar a luz de um lugar para outro a espinha dorsal do nosso mundo moderno.

Em macroescala, fazemos isto usando fibras pticas, desde a conexo entre equipamentos nas centrais de dados at os enormes cabos transocenicos, que levam as conexes de internet de um continente a outro.

Em micro e nano-escalas, dentro dos chips, fazemos isto usando guias de ondas, que podem tanto transportar feixes de luz comuns quanto ondas de quasipartculas, como os plsmons de superfcie, que so ondas de eltrons que surgem em superfcies metlicas quando elas so atingidas pela luz. isto que permite enfiar a luz em locais muito menores do que o seu prprio comprimento de onda.

Agora, cientistas da Universidade de Chicago, nos EUA, criaram uma nova forma de guiar a luz em nanoescala, um material com poucos tomos de espessura depositado dentro de um cristal de vidro, levando a miniaturizao da luz ao extremo, muito abaixo do limite de difrao.

Jiwoong Park e seus colegas descobriram que uma folha desse material consegue aprisionar e transportar a luz. Alm disso, ele surpreendentemente eficiente, fazendo a luz percorrer distncias longas – at um centmetro, o que muito longe no mundo da computao baseada na luz.

“Ficamos totalmente surpresos com o quo poderoso esse cristal superfino; ele no apenas pode reter energia, mas tambm distribu-la mil vezes mais do que qualquer um j viu em sistemas semelhantes,” disse Park. “A luz aprisionada tambm se comportou como se estivesse viajando em um espao 2D.”

Circuito fotnico 2D

O novo dispositivo pode ser enquadrado na categoria dos guias de onda, mas com a vantagem de ser basicamente 2D – um circuito fotnico 2D.

J existem inmeros circuitos fotnicos, mas eles so muito maiores e tridimensionais. Nesses guias de ondas convencionais, as partculas de luz, os ftons, sempre viajam dentro do guia de ondas.

Nesse guia de ondas 2D, o material monoatmico – os cientistas se referem a ele tambm como um cristal – na verdade mais fino do que o prprio fton, de modo que parte do fton se projeta para fora do cristal enquanto viaja.

um pouco como a diferena entre construir um tubo para enviar malas pelo aeroporto ou coloc-las em cima de uma esteira rolante. Com uma correia transportadora, as malas ficam abertas para o ar e voc pode v-las e ajust-las facilmente no caminho. Essa abordagem torna muito mais fcil construir componentes fotnicos integrados com os cristais, uma vez que a luz pode ser facilmente movida com lentes ou prismas.

No estando enclausurados, os ftons tambm podem obter informaes sobre as condies ao longo do caminho, permitindo usar esses guias de onda para fazer sensores no nvel microscpico. “Por exemplo, digamos que voc tenha uma amostra de lquido e queira detectar se uma determinada molcula est presente,” explicou Park. “Voc pode projetar para que este guia de ondas viaje atravs da amostra, e a presena dessa molcula mudaria o comportamento da luz.”

O cristal monoatmico usado nestes experimentos foi o dissulfeto de molibdnio (MoS₂), mas os princpios devem funcionar para outros materiais – mais comum ouvir referncia a eles como molibdenita ou dicalcogenetos de metais de transio, uma famlia de materiais com propriedades pticas, eletrnicas e mecnicas de grande interesse tecnolgico.

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