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Energia

Laser terahertz a um passo de se tornar realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/08/2019

Laser terahertz a um passo de se tornar realidade
Pulsos terahertz polarizados circularmente (espiral laranja) energizam os elétrons (vermelhos) para o próximo nível de energia (concha parabólica). O intervalo de energia desses chamados níveis de Landau pode ser ajustado com a ajuda de um campo magnético, compondo o laser de níveis de Landau.
[Imagem: HZDR/Juniks]

Laser terahertz

Os lasers já têm seu lugar em um sem-número de aplicações tecnológicas. O que é menos conhecido é que essa é uma família que pode crescer, com vários tipos de laser que se sabe serem possíveis, mas que ninguém até hoje conseguiu fabricar.

Agora, uma equipe internacional deu um passo importante para fabricar o primeiro "laser de níveis de Landau", uma fonte de luz capaz de emitir radiação terahertz, que pode ser usada para penetrar materiais opacos para outras fontes de luz e fazer imagens de seu interior - sem radiação -, bem como para transmitir dados com alta eficiência.

Dmytro But e seus colegas sintetizaram um material que gera ondas terahertz pela mera aplicação de uma corrente elétrica.

Ao variar um campo magnético adicional em apenas cerca de 200 millitesla, o material emitiu as ondas THz em um intervalo de um a dois terahertz - uma fonte de radiação sintonizável.

"Ainda não é um laser, mas sim um LED terahertz. Mas devemos ser capazes de estender o conceito a um laser, mesmo que isso exija algum esforço," disse Stephan Winnerl, membro da equipe.

Laser de níveis de Landau

A luz de um laser é gerada pelos elétrons no material especial capaz de produzir a luz laser. De acordo com o efeito quântico, os elétrons energizados emitem luz, mas não podem absorver uma quantidade aleatória de energia, apenas algumas porções quantizadas. Consequentemente, a luz também é emitida em porções, em uma cor específica e como um feixe focalizado.

Já há algum tempo, os físicos se voltaram para um conceito específico para um laser terahertz: o chamado laser de níveis de Landau (Lev Landau [1908-1968]) - os níveis são os valores discretos de energia que cada elétron pode ocupar.

Esse conceito é interessante porque ele pode usar um campo magnético para ajustar facilmente os níveis de energia dos elétrons. Estes níveis, por sua vez, determinam as frequências de luz que são emitidas pelos elétrons, o que torna o laser ajustável - uma enorme vantagem para muitas aplicações científicas e técnicas.

O problema tem sido encontrar um material adequado, um material que impeça que os elétrons passem a energia uns para os outros - um processo conhecido como efeito Auger -, em vez de emitir luz.

A equipe encontrou seu candidato ideal em uma liga metálica pesada, feita de mercúrio, cádmio e telúrio (HgCdTe), que é usada em câmeras de imagem termal altamente sensíveis, entre outras coisas. A característica especial desse material é que as proporções de mercúrio, cádmio e telúrio podem ser escolhidas com muita precisão, o que torna possível ajustar a propriedade crucial conhecida como "intervalo de banda" (bandgap).

Mas ainda há um fator limitante nesse material: Até agora, o princípio só funcionou em temperaturas muito baixas, logo acima do zero absoluto. "Este é certamente um obstáculo para as aplicações do dia-a-dia. Mas, para uso em pesquisa e em certos sistemas de alta tecnologia, devemos ser capazes de fazê-lo funcionar com esse tipo de resfriamento," disse Winnerl.

Bibliografia:

Artigo: Suppressed Auger scattering and tunable light emission of Landau-quantized massless Kane electrons
Autores: Dmytro B. But, M. Mittendorff, C. Consejo, F. Teppe, N. N. Mikhailov, S. A. Dvoretskii, C. Faugeras, Stephan Winnerl, M. Helm, W. Knap, M. Potemski, M. Orlita
Revista: Nature Photonics
DOI: 10.1038/s41566-019-0496-1






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