Materiais Avançados

Em nanoescala, furos impedem passagem da luz

Em nanoescala, furos impedem passagem da luz
Os cientistas descobriram que a absorção ou a reflexão da luz não depende da dimensão dos furos, mas do seu arranjo periódico. [Imagem: Universität Stuttgart]

Os metais são opacos. Mas, se você fizer alguns furos neles, conseguirá ver alguma coisa do outro lado, certo?

Bem, não exatamente - ou pelo menos não quando estivermos falando de folhas metálicas extremamente finas, com apenas alguns átomos de espessura.

Espelhos e reflexões

É a opacidade dos metais - sua capacidade de refletir quase completamente a luz que incide sobre eles - que os torna adequados para a fabricação de espelhos. Filmes metálicos depositados sobre um vidro formam os espelhos que todos temos em casa.

Se o filme metálico for fino o suficiente, nem toda a luz será refletida, dando origem a um espelho semitransparente. Esses vidros semiespelhados são usados, entre outras aplicações, para esconder câmeras de vigilância.

Furos que bloqueiam a visão

É aqui que entram os buracos. O senso comum, e a óptica clássica, indicam que, se esse filme metálico receber perfurações, o espelho se tornará menos reflexivo, logo, mais transparente.

Mas a verdade é exatamente o oposto. Físicos da Universidade de Stuttgart, na Alemanha, descobriram que minúsculos furos cuidadosamente espaçados tornam a película mais opaca, como se o metal fosse muito mais espesso.

O fenômeno associado a este experimento foi descoberto há cerca de 10 anos, quando pesquisadores fizeram minúsculos furos em uma placa metálica não transparente.

Como os furos eram muito menores do que o comprimento de onda da luz, a óptica clássica fazia crer que a placa continuaria opaca. Não foi o que aconteceu - a placa deixou passar mais luz do que o esperado - veja Luz desaparece de um lado e reaparece do outro.

Transparência e condutância

Em geral, os materiais não são opticamente transparentes e eletricamente condutores ao mesmo tempo. Os cientistas alemães estavam tentando lidar com esse equilíbrio - eles queriam perfurar minúsculos furos no filme metálico de forma a torná-lo transparente sem que deixasse de ser um condutor.

Para sua imensa surpresa, o experimento deu o resultado oposto. A malha de furos não permitiu que mais luz passasse ainda que quase metade da área total do filme consistisse de furos. Na verdade, os furos diminuíram a transparência do material.

Plásmons de superfície

As consequências do experimento vão muito além de qualquer interesse em espelhos. Os cientistas descobriram que a absorção ou a reflexão da luz não depende da dimensão dos furos, mas do seu arranjo periódico.

Essa estrutura organizada dos furos permite que as cargas superficiais do material sejam excitadas, formando os chamados plásmons de superfície - pacotes de energia que flutuam sobre a superfície do material, criando propriedades físicas e ópticas totalmente novas.

O movimento dos plásmons equivale a algo como a transmissão da luz por um fio metálico, uma vez que os plásmons podem ser gerados de um lado de uma superfície metálica e reemitirem os fótons do outro lado.

As aplicações possíveis desta descoberta são difíceis de enumerar e, na verdade, nem todas podem ainda ser vislumbradas. Mas podem ser citados interconexões ópticas para o interior dos chips do futuro, células solares ultrafinas e sensores biomoleculares extremamente sensíveis, capazes de detectar moléculas individuais.

Bibliografia:

How holes can obscure the view: Suppressed transmission through an ultrathin metal film by a subwavelength hole array
Julia Braun, Bruno Gompf, Georg Kobiela, Martin Dressel
Physical Review Letters
9 November 2009
Vol.: 103, 203901 (2009)




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