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Energia

Laser de raios T sai dos laboratórios pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/11/2020

Laser terahertz sai dos laboratórios pela primeira vez
O novo laser T portátil, em comparação com o equipamento tradicional necessário até hoje (direita).
[Imagem: Qing Lu Lab]

Laser T portátil

Pesquisadores do MIT, nos EUA, e da Universidade de Waterloo, no Canadá, criaram a primeira versão portátil de um laser minúsculo, mas muito poderoso, com aplicações em campos que vão das imagens médicas à detecção de explosivos.

O chamado "laser de cascateamento quântico" gerou radiação terahertz pela primeira vez fora dos aparelhos grandes e dos ambientes controlados de laboratório.

Até agora, a geração de radiação terahertz poderosa o suficiente para capturar imagens em tempo real e realizar medições espectrais rápidas exigia temperaturas muito abaixo dos -100 ºC. Embora ainda não funcione a temperatura ambiente, o novo laser opera a -23 ºC, algo que pode ser suprido por um pequeno refrigerador portátil de estado sólido.

"Com uma alta temperatura operacional, podemos finalmente colocar isso em um sistema portátil compacto e levar essa tecnologia inovadora para fora do laboratório. Isso permitirá imagens portáteis de terahertz e sistemas espectrais que terão um impacto imediato em uma ampla gama de aplicações em medicina, bioquímica, segurança e outras áreas," disse o professor Qing Hu.

Laser de cascateamento quântico

Esse tipo de laser, que mede apenas alguns milímetros de comprimento e é mais fino do que um fio de cabelo humano, é composto por estruturas de poços quânticos, com poços e barreiras cuidadosamente planejados.

Dentro da estrutura, os elétrons "caem em cascata" por uma espécie de escada, emitindo uma partícula de luz, ou fóton, a cada degrau.

A principal inovação da equipe consistiu na duplicação da altura das barreiras, para evitar o vazamento de elétrons, um fenômeno que vai se acumulando "escada abaixo" conforme a temperatura sobe, saindo da criogenia e se aproximando da temperatura ambiente.

"Nós entendemos que o vazamento de elétrons além da barreira era o culpado, fazendo com que o sistema quebrasse se não fosse resfriado com um criostato," disse Hu. "Então, colocamos uma barreira mais alta para evitar o vazamento, e isso acabou sendo a chave para o avanço."

Laser terahertz sai dos laboratórios pela primeira vez
Este é o componente que emite o laser terahertz.
[Imagem: Qing Lu Lab]

Raios T

A radiação terahertz, ou raios T, mal foi explorada em comparação com a maior parte do restante do espectro eletromagnético porque, embora seja simples gerar e manipular micro-ondas e radiação infravermelha, não existem tecnologias eficientes ou práticas - que operem à temperatura ambiente - que possam fazer o mesmo com os raios T, que está entre as duas no espectro eletromagnético.

Em um ambiente médico, o novo sistema portátil, que inclui uma câmera compacta e um detector e pode operar em qualquer lugar com uma tomada elétrica, pode fornecer imagens em tempo real durante exames regulares de câncer de pele ou mesmo durante procedimentos cirúrgicos para extirpar tecidos cancerígenos, cita Hu, acrescentando que as células cancerosas aparecem "de forma muito dramática em terahertz" porque têm maiores concentrações de água e sangue do que as células normais.

A tecnologia também pode ser aplicada em muitas indústrias onde a detecção de objetos estranhos dentro de um produto é necessária para garantir sua segurança e qualidade.

Mas não se trata apenas de ver através das coisas; é possível também identificar as substâncias. A detecção de gases, drogas e explosivos pode se tornar especialmente sofisticada com o uso da radiação terahertz. Por exemplo, compostos como o hidróxido, um agente destruidor de ozônio, têm uma impressão digital espectral especial na faixa da frequência terahertz, assim como as drogas, incluindo metanfetamina e heroína, e explosivos, incluindo TNT.

Bibliografia:

Artigo: High-power portable terahertz laser systems
Autores: Ali Khalatpour, Andrew K. Paulsen, Chris Deimert, Zbig R. Wasilewski, Qing Hu
Revista: Nature Photonics
DOI: 10.1038/s41566-020-00707-5





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