Cientistas descobrem analogia entre fótons e elétrons

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/09/2005

Analogia entre eletrônica e óptica

Uma pesquisa feita por cientistas da Universidade Rice, Estados Unidos, demonstrou uma analogia importante entre a eletrônica e a óptica. A descoberta poderá permitir que as ondas de luz sejam acopladas de forma eficiente no interior de componentes construídos em nanoescala.

"Nós descobrimos uma relação universal entre o comportamento da luz e dos elétrons," afirma o Dr. Peter Nordlander, um dos autores da pesquisa, publicada no periódico Nano Letters. "Nós acreditamos que esse relacionamento possa ser explorado para criar nanoantenas capazes de converter a luz em sinais elétricos com grande largura de banda, capazes de transportar aproximadamente 1 milhão de vezes mais dados do que as interconexões hoje existentes."

Partículas e ondas

Tanto os fótons da luz quanto os elétrons possuem propriedades similares, às vezes se comportando como ondas, outras vezes se comportando como partículas. Muitos fenômenos de estado sólido, como o espalhamento de átomos em superfícies e o comportamento de componentes quânticos, podem ser entendidos como elétrons-onda interagindo com elétrons discretos, com posição definida.

Agora, os cientistas descobriram e demonstraram uma geometria simples, na qual a luz se comporta exatamente como os elétrons fazem nesses casos.

Plasmons de superfície

Nos anos recentes, tem havido um interesse crescente no desenvolvimento de métodos para guiar e manipular a luz em dimensões muito menores do que os comprimentos de onda da luz visível. Metais, como o ouro e a prata, têm propriedades ideais para desempenhar essa tarefa. Tipos especiais de ondas luminosas - os plasmons - podem ser transmitidas sobre superfícies metálicas da mesma forma que a luz é transmitida em fibras ópticas.

Quando nanopartículas metálicas são posicionadas sobre um filme metálico, elas se comportam como minúsculas antenas ópticas, capazes de transmitir e receber luz; é esse comportamento que os cientistas descobriram que pode funcionar como aquele comportamento apresentado pelos elétrons. Até agora, o acoplamento de ondas de luz em estruturas nanométricas não era bem conhecido.

Problema da impureza

Na experiência, feita pelo estudante Nyein Lwin, uma minúscula esfera de ouro, medindo apenas 50 nanômetros de diâmetro, foi colocada no centro de uma película, também de ouro, de apenas alguns nanômetros de espessura. Quando a luz gerou plasmons na superfície da nanoesfera, esses plasmons foram convertidos em uma onda de plasmons sobre o filme.

Em termos técnicos, esse comportamento equivale ao chamado "problema da impureza padrão", um fenômeno bem conhecido, que os físicos da matéria condensada têm estudado por mais de 40 anos.