Grafeno e plasmônica permitem controle elétrico da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/06/2012

Um laser infravermelho focado sobre o braço de um microscópio de força atômica gera os plásmons, ondas superficiais de elétrons, sobre o grafeno.
[Imagem: Basov Lab/UCSD]

Ondas de elétrons

Duas equipes de cientistas, trabalhando independentemente, demonstraram que é possível controlar ondas de elétrons na superfície do grafeno usando um circuito elétrico simples.

Essencialmente, torna-se possível controlar a luz com eletricidade, permitindo sua manipulação com as mais diversas finalidades.

Por exemplo, criar microscópios com uma resolução sem precedentes, porque essas ondas de elétrons, chamadas plásmons de superfície, não têm as restrições do comprimento de onda da luz.

Também se tornará possível criar novos tipos de materiais ópticos, incluindo os metamateriais, famosos pela invisibilidade, e novas plataformas de computação onde a luz substitui os elétrons, com a chamada plasmônica, ou de interfaces entre a comunicação óptica e o processamento eletrônico.

Os plásmons de superfície vêm sendo cogitados para inúmeras aplicações, mas até agora eles só haviam sido observados na superfície de metais.

Plásmons no grafeno

No final do ano passado, um trabalho virou manchete mundial ao unir o grafeno com a plasmônica.

Naquele trabalho, contudo, que incluía os ganhadores do prêmio Nobel por seus trabalhos com o grafeno, os pesquisadores tiveram que usar fios metálicos sobre o grafeno, para conseguir tirar proveito dos plásmons de superfície.

Agora, os grupos de Zhe Fei (Universidade da Califórnia - EUA), e Jianing Chen (IQFR-CSIC - Espanha) observaram pela primeira vez os plásmons de superfície diretamente no grafeno.

"É ver para crer! Nossas imagens provam a existência dos plásmons localizados e em propagação, e permitem uma medição direta do seu comprimento de onda dramaticamente reduzido," disse Rainer Hillenbrand, coordenador da equipe espanhola.

Técnica para imageamento óptico dos plásmons sobre o grafeno, produzidos pela incidência de um laser e registrados pela luz difundida a partir da ponta do microscópio. O painel inferior mostra uma imagem do grafeno, com as franjas mostrando a interferência dos plásmons.
[Imagem: nanoGUNE/IQFR-CSIC/ICFO]

Componente plasmônico

Mais do que isso, os pesquisadores criaram uma técnica para ligar e desligar as ondas de elétrons que se espalham sobre a superfície do grafeno, quando este é atingido por um feixe de laser infravermelho.

Ainda não existe tecnologia para medir diretamente as ondas plasmônicas. Mas, à medida que alcançam as bordas da folha de grafeno, elas geram oscilações que se somam ou se cancelam, criando um padrão de interferência característico que revela seu comprimento de onda e sua amplitude.

Os cientistas demonstraram que esse padrão pode ser alterado por um circuito eletrônico de controle formado por eletrodos grudados sobre a superfície do grafeno e por uma superfície de silício puro, sobre a qual o grafeno é colocado.

"É só isso. Você simplesmente liga uma pilha de lanterna e está pronto um componente plasmônico ajustável," simplifica o Dr. Dimitri Basov, coordenador da equipe norte-americana.

Via estreita

O circuito de controle permite usar os plásmons de superfície para transmitir informações, com a vantagem de que eles podem fazer isso em espaços muito reduzidos, muito menores do que o comprimento de onda da luz.

O comprimento de onda dos plásmons sobre o grafeno pode ser de 10 a 100 vezes menor.

E o grafeno também é bom em lidar com os plásmons, tão bom quanto o ouro, o melhor material que se conhecia para fazer isso até agora, o que torna os resultados do experimento muito promissores para futuras aplicações práticas.

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