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– Pesquisadores da Chalmers descobriram uma maneira completamente nova de capturar, amplificar e vincular a luz à matéria no nível nano. Usando uma minúscula caixa, construída a partir de material atomicamente fino e empilhado, eles conseguiram criar um tipo de loop de feedback no qual luz e matéria se tornam um. A descoberta, publicada recentemente na Nature Nanotechnology, abre novas possibilidades no mundo da nanofotônica.
Cortesia da Universidade Chalmers de Mia Halleröd Palmgren: A fotônica tem como objetivo o uso da luz em varias formas. A comunicação por fibra ótica é um exemplo da fotônica, assim como a tecnologia por trás dos fotodetectores e células solares. Quando os componentes fotônicos são tão pequenos que são medidos em nanômetros, isso é chamado de nano fotônica. Para ultrapassar os limites do que é possível nesse formato minúsculo, o progresso na pesquisa fundamental é crucial. A inovadora ‘caixa de luz’ dos pesquisadores de Chalmers 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 se tornam uma.
“Criamos um híbrido que consiste em partes iguais de luz e matéria. O conceito abre portas completamente novas na pesquisa fundamental e na nano fotônica aplicada e há muito interesse científico nisso ”, diz Ruggero Verre, pesquisador do Departamento de Física de Chalmers e um dos autores do artigo científico.
A descoberta ocorreu quando Verre e seus colegas de departamento Timur Shegai, Denis Baranov, Battulga Munkhbat e Mikael Käll combinaram dois conceitos diferentes de uma maneira inovadora. A equipe de pesquisa de Mikael Käll está trabalhando no que são conhecidas como nano antenas, que podem capturar e amplificar a luz da maneira mais eficiente. A equipe de Timur Shegai está realizando pesquisas sobre um certo tipo de material bidimensional atomicamente fino conhecido como material TMDC, que se assemelha ao grafeno. Foi combinando o conceito de antena com material bidimensional empilhado que as novas possibilidades foram criadas.
Os pesquisadores usaram um material TMDC bem conhecido – dissulfeto de tungstênio – mas de uma nova maneira. Ao criar uma minúscula caixa de ressonância – muito parecida com a caixa de som de um violão – eles conseguiram fazer a luz e a matéria interagirem dentro dela. A caixa de ressonância garante que a luz seja capturada e salte 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 vice-versa. Pode-se dizer que a energia da luz oscila entre os dois estados – ondas de luz e matéria – enquanto é capturada e amplificada dentro da caixa. Os pesquisadores conseguiram combinar a luz e a matéria de maneira extremamente eficiente em uma única partícula com um diâmetro de meros 100 nanômetros, ou 0,00001 centímetros.
Esta solução tudo em um é um avanço inesperado na pesquisa fundamental, mas, com sorte, também pode contribuir para soluções mais compactas e econômicas em fotônica aplicada.
“Conseguimos demonstrar que materiais atomicamente finos empilhados 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 ‘nano fotônica TMDC’. Estou certo de que esse campo de pesquisa tem um futuro brilhante ”, diz Timur Shegai, professor associado do Departamento de Física de Chalmers e um dos autores do artigo.
Contatos:
Ruggero Verre, Pesquisador, Departamento de Física, +46 31772 8039, ruggero.verre@chalmers.se
Mikael Käll, Professor e Chefe da Divisão de Bionanofotônica, Departamento de Física, +46 31 772 31 39, mikael.kall@chalmers.se
Timur Shegai, Professor Associado, Departamento de Física, +46 31 772 31 23, timurs@chalmers.se
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