Energia

Novo tipo de laser brilha em todas as direções
As imperfeições nas fitas de prata geram a refração necessária para que o nanolaser brilhe em todas as direções. [Imagem: Alexei Halpin/EUT]

Nanolaser omnidirecional

Pesquisadores holandeses desenvolveram um novo tipo de laser em nanoescala - um nanolaser - que brilha em todas as direções.

A chave para a emissão de luz omnidirecional é a introdução de algo que no geral é altamente indesejável na nanotecnologia: irregularidades nos materiais.

Ao introduzir um leve grau de desordem, Mohammad Ramezani e seus colegas da Universidade Eindhoven de Tecnologia observaram uma mudança dramática: o laser não emite mais em uma direção específica, mas em todas as direções.

Em um laser normal, cada fóton (partícula de luz) é "clonado" muitas vezes em um meio localizado dentro de uma cavidade, um par de espelhos, entre os quais o fóton se move para trás e para frente produzindo outros fótons com as mesmas características. Para atingir a emissão de laser, uma luz muito forte ou uma corrente elétrica é injetada através do meio - a energia mínima necessária para um laser emitir é chamada de limite de emissão laser.

Um tipo diferente de laser é o chamado laser polariton, ou laser orgânico, que não clona os fótons, mas faz com que fótons não-idênticos comportem-se como idênticos, da mesma maneira que as moléculas de vapor de água, movendo-se em todas as direções com velocidades diferentes, são condensadas em uma única gota. Essa "condensação de fótons" dá origem à característica de emissão intensa, e direcional, dos nanolasers fabricados até agora.

Uma vantagem importante dos lasers polariton é que eles têm um limiar de emissão laser muito mais baixo, o que os torna excelentes candidatos para muitas aplicações que exigem baixo consumo de energia, como os processadores fotônicos.

Ramezani e seus colegas descobriram um novo tipo de laser polariton, que não parece funcionar com base na condensação de fótons. O dispositivo consiste em um padrão regular de nanofitas de prata cobertas com o polímero PMMA incorporando um corante - esse corante consiste nas moléculas emissoras orgânicas.

No entanto, as faixas de prata deliberadamente têm algum grau de imperfeição e desordem, o que se mostrou crucial para que a luz saísse em todas as direções graças à difração. E a emissão omnidirecional deste nanolaser não-perfeito é algo inesperado no âmbito da condensação porque a emissão omnidirecional exige emissões de moléculas orgânicas independentes, em vez da emissão coletiva típica da condensação.

Aplicações do nanolaser

Os pesquisadores acreditam que o novo nanolaser orgânico poderá ser aplicado em muitas áreas.

Em comparação com um LED, a luz laser omnidirecional é muito mais brilhante e melhor definida. É por isso que o nanolaser é um bom candidato para a iluminação de microscopia, que atualmente usa LEDs.

O LIDAR (Laser Imaging Detection And Ranging), ou radar de luz, é outro aplicativo em potencial. O LIDAR atual usa um ou mais lasers e um conjunto de espelhos que se movem rapidamente para cobrir grandes áreas para fazer a imagem de objetos distantes. Um laser omnidirecional não requer os espelhos móveis, reduzindo significativamente a complexidade do equipamento.

E também a iluminação geral é uma opção. "Mas a pesquisa ainda é muito fundamental. Esperamos que nossos resultados estimulem outros pesquisadores a melhorá-los, reduzindo ainda mais o limiar de lasing ou aumentando a gama de cores emitidas," disse o professor Jaime Gomez Rivas, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Nonlinear Emission of Molecular Ensembles Strongly Coupled to Plasmonic Lattices with Structural Imperfections
Mohammad Ramezani, Quynh Le-Van, Alexei Halpin, Jaime Gómez Rivas
Physical Review Letters
Vol.: 121, 243904
DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.243904




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