Nanozíper usa propriedades mecânicas da luz e responde a um único fóton

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/06/2009

A estrutura do nanozíper é projetada para maximizar a transferência de momento dos fótons da luz de um laser para nanofeixes mecânicos, produzindo uma força equivalente a 10 vezes a gravidade da Terra.
[Imagem: Caltech/Matt Eichenfield and Jasper Chan]

Pesquisadores usaram as propriedades mecânicas da luz para criar um nanozíper, uma cavidade optomecânica que amplia e reforça as interações entre a luz e o movimento.

O dispositivo poderá ser utilizado para detecção de forças, em sensoriamento e comunicações ópticas, entre outras aplicações.

Momento da luz

Os fótons, as partículas básicas da luz, não têm massa, mas possuem momento, o que permite que elas interajam com objetos mecânicos. Essas propriedades mecânicas da luz têm efeitos negativos sobre a medição da posição precisa de objetos em pequena escala porque a própria luz interfere com a posição do objeto. Mas também podem ser utilizadas de muitas maneiras úteis.

Nas medições em nanoescala, molas ou braços flexíveis são projetados para responder a uma força em particular. Para fazer a medição, um feixe de luz incide sobre esse braço flexível e a força que incide sobre ele interfere com a luz. O padrão dessa interferência pode ser detectado e registrado. É por isso que essa técnica é chamada de interferometria.

Um tipo especial desses sensores foi demonstrado há poucas semanas, com uma precisão capaz de pesar um único átomo - veja Sensor nano-optomecânico é conectado por "fios de luz".

Propriedades mecânicas da luz

Quando esses sensores são miniaturizados, as propriedades mecânicas da luz se tornam mais pronunciadas e começam a poder ser exploradas para usos práticos, com aplicações interessantes. O que os pesquisadores fizeram agora foi construir detectores com barras oscilantes tão pequenas que a interação óptica com eles parece ser amplificada.

Devido à intensidade da interação optomecânica, as duas barras funcionam como dois nanofeixes de luz.

Como a estrutura do nanozíper é projetada precisamente para maximizar a transferência de momento dos fótons da luz de um laser para os nanofeixes mecânicos, um único fóton que atravessa a estrutura produz uma força equivalente a 10 vezes a gravidade da Terra.

Com a injeção de vários milhares de fótons na cavidade, os nanofeixes mecânicos são de fato suspensos pela luz do laser.

Nanozíper

Os pesquisadores chamaram o dispositivo de nanozíper porque ele de fato se parece com um um zíper, sendo formado por duas barras que se juntam e se separam quando o componente está em uso.

"O nanozíper abre novas fronteiras no acoplamento da fotônica com a micromecânica e pode impactar a forma como nós medimos o movimento, mesmo no reino quântico," diz o pesquisador Kerry Vahala, do Instituto de Tecnologia da Califórnia.

Detector de ondas gravitacionais

O nanozíper optomecânico poderá ser usado como sensor biológico, recoberto com moléculas capazes de se ligar a proteínas específicas, em comunicações ópticas, onde o dispositivo poderá rotear as informações de acordo com o comprimento de onda de cada transmissão, e até para comunicações de radiofrequência em micro-ondas através de fibras ópticas.

Na prática, ele já está sendo utilizado no projeto LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), um gigantesco detector de ondas gravitacionais que consiste em um interferômetro de alta precisão, medindo quatro quilômetros. Novos sensores e novos equipamentos estão permitindo a criação de uma versão 2.0 do experimento, chamada Enhanced Ligo.

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