Nanotecnologia

Como fabricar um átomo artificial

Como fabricar um átomo artificial
Tanto as propriedades elétricas quanto as magnéticas do meta-átomo podem ser ajustadas para interagir com a luz que se pretende manipular. [Imagem: Arseniy I. Kuznetsov et al./Nature Communications]

Meta-átomos

Materiais naturais são compostos por átomos naturais, aqueles bem conhecidos, listados na Tabela Periódica.

Mas quando se deseja fabricar materiais artificiais, com propriedades sob encomenda, então é possível lançar mão de "átomos artificiais".

Átomos artificiais são unidades básicas que podem ser postas juntas para formar um material cujo comportamento será totalmente diferente dos materiais naturais - são os chamados metamateriais, onde o prefixo meta sinaliza que esses objetos estão "além dos materiais" naturais.

Já existem metamateriais dos mais diversos tipos, que normalmente são construídos com "meta-átomos" bem parecidos, de um tipo conhecido como ressonador em anel partido (split-ring resonator).

Embora tenham permitido muitos progressos na manipulação de vários comprimentos de onda, esses ressonadores não são bons em lidar com a luz visível.

Agora, Arseniy Kuznetsov e seus colegas do Instituto A-Star, de Cingapura, criaram um meta-átomo que faz justamente isso, interagindo de forma muito forte e muito flexível com comprimentos de onda na faixa do visível e nas suas proximidades.

Para isso, Kuznetsov deixou de lado os anéis e usou uma esfera, criando um ressonador de bola partida (split-ball ressonator).

Como fabricar um átomo artificial
O átomo artificial esférico faz "mágicas" com os feixes de luz que incidem sobre ele. [Imagem: Arseniy I. Kuznetsov et al./Nature Communications]

Receita para fazer átomos

Os átomos artificiais são construídos a partir de pequenos discos metálicos, que podem ser fabricados facilmente e em grandes volumes.

Um disparo de laser é suficiente para fundir o metal, fazendo-o formar uma gota, que vira uma esfera metálica quase perfeita quando esfria. Os recortes são feitos com um disparo de um feixe de íons de hélio.

A grande vantagem é que esses meta-átomos apresentam uma ressonância magnética quando incide sobre eles radiação dentro do espectro visível.

Com isso, tanto as propriedades elétricas quanto as magnéticas do meta-átomo podem ser ajustadas para interagir com a luz que se pretende manipular.

A expectativa é que essa técnica permita finalmente a construção de aparatos que manipulem a luz em aplicações mais práticas, e não apenas mantos da invisibilidade que tornem as coisas invisíveis aos olhos humanos, mas também superlentes que disparam feixes de eletricidade à distância, sistemas para manipular a luz no interior de processadores fotônicos e até fazer o milagre da multiplicação da luz.

Além disso, segundo os pesquisadores, outras equipes agora poderão usar o mesmo método para fabricar seus próprios átomos artificiais, com características tridimensionais mais complexas, que permitirão a manipulação da luz de formas cada vez mais flexíveis.

Bibliografia:

Split-ball resonator as a three-dimensional analogue of planar split-rings
Arseniy I. Kuznetsov, Andrey E. Miroshnichenko, Yuan Hsing Fu, Vignesh Viswanathan, Mohsen Rahmani, Vytautas Valuckas, Zhen Ying Pan, Yuri Kivshar, Daniel S. Pickard, Boris Lukyanchuk
Nature Communications
Vol.: 5, Article number: 3104
DOI: 10.1038/ncomms4104




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