Energia

Laser elétrico - Laser de polaritons
O laser elétrico consome pelo menos 1.000 vezes menos energia em comparação com um laser tradicional.[Imagem: Schneider et al./Nature]

Em 1996, físicos teóricos afirmaram ser possível construir um laser acionado não por luz, mas por eletricidade.

Segundo os cálculos, um laser acionado eletricamente seria muito mais eficiente, consumindo uma quantidade mínima de energia.

Em 2007, uma equipe norte-americana deu um passo para a construção desse tão sonhado dispositivo ao descobrir um novo estado da matéria que mescla raios laser com supercondutores.

Eles usaram uma série de pacotes de energia conhecidas como polaritons - um tipo de onda eletromagnética que se propaga sobre uma superfície metálica, sendo essencialmente uma mescla de luz e matéria - eles são uma quasipartícula formada por uma mistura de um par elétron-lacuna e de um fóton.

Agora, duas equipes trabalhando de forma independente anunciaram ter domado de vez os polaritons e conseguido finalmente construir o "laser elétrico".

Laser elétrico

Tecnicamente, laser não é um nome adequado para o novo dispositivo.

LASER é um acrônimo para Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, ou amplificação de luz pela emissão estimulada de radiação.

O "laser" de polaritons também produz um feixe de luz coerente, mas funciona de forma totalmente diferente.

Normalmente, os polaritons nascem quando a luz atinge um metal, criando ondas nos elétrons da superfície metálica chamadas plásmons de superfície. Quando os fótons de outra fonte de luz interagem com essa onda de elétrons, formam-se os polaritons.

Mas os pesquisadores geraram polaritons usando eletricidade para excitar amostras do semicondutor arseneto de gálio no interior de uma microcavidade.

Os polaritons decaem rapidamente, transferindo sua energia para os fótons da segunda fonte de luz, que, devido às propriedades dos polaritons originais, escapam da cavidade na forma de um feixe de luz de cor única, exatamente como um laser.

A grande diferença é que o limiar de emissão - a energia necessária para estimular a emissão de luz - é muito menor no laser de polaritons.

"O processo físico é Amplificação de Luz pelo Espalhamento Estimulado de Polaritons," resumiu Pallab Bhattacharya, da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos.

Bhattacharya, que é membro de uma das equipes que conseguiram o feito, afirma que daria ao laser elétrico o nome de LASSP (do inglês Light Amplification by Stimulated Scattering of Polaritons).

Comunicação por luz

Segundo o pesquisador, o que é importante é que o novo dispositivo agora é real, deixando de ser uma mera curiosidade teórica e passando a estar pronto para ser explorado para uma multiplicidade de aplicações - "Um resultado verdadeiramente transformador," disse.

Como previsto, o novo laser elétrico consome pelo menos 1.000 vezes menos energia em comparação com um laser tradicional.

Segundo Bhattacharya, além de poder ser usado em qualquer aplicação onde os lasers são usados hoje, o novo dispositivo poderá ser usado em processadores fotônicos, que trocam dados por meio de luz, em vez de eletricidade.

"Uma parte da comunicação dentro dos chips, e de um chip com o outro, deverá adotar a comunicação óptica, através dos lasers," disse ele.

Antes, porém, o laser elétrico precisará ficar mais "quente" - os dois protótipos funcionam apenas em temperaturas criogênicas.

Bibliografia:

Solid state electrically injected exciton-polariton laser
Pallab Bhattacharya, Bo Xiao, Ayan Das, Sishir Bhowmick, Junseok Heo
Physical Review Letters
Vol.: 110, 206403
DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.206403

An electrically pumped polariton laser
Christian Schneider, Arash Rahimi-Iman, Na Young Kim, Julian Fischer, Ivan G. Savenko, Matthias Amthor, Matthias Lermer, Adriana Wolf, Lukas Worschech, Vladimir D. Kulakovskii, Ivan A. Shelykh, Martin Kamp, Stephan Reitzenstein, Alfred Forchel, Yoshihisa Yamamoto, Sven Höfling
Nature
Vol.: 497, 348-352
DOI: 10.1038/nature12036




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