{"id":25304,"date":"2025-01-23T13:46:41","date_gmt":"2025-01-23T16:46:41","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/?p=25304"},"modified":"2025-01-23T20:33:10","modified_gmt":"2025-01-23T23:33:10","slug":"descoberta-ajuda-no-controle-de-luz-em-dispositivos-nanometricos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/descoberta-ajuda-no-controle-de-luz-em-dispositivos-nanometricos\/","title":{"rendered":"Descoberta ajuda no controle de luz em dispositivos nanom\u00e9tricos"},"content":{"rendered":"\n

A luz colorida dos vitrais de catedrais ilumina tamb\u00e9m um tipo de pesquisa na F\u00edsica brasileira que chegou a uma grande descoberta em 2024, que poder\u00e1 revolucionar o uso de f\u00f3tons em equipamentos eletr\u00f4nicos nanom\u00e9tricos bidimensionais. O estudo te\u00f3rico \u201cChiral Propagation of Plasmon Polaritons due to Competing Anisotropies in a Twisted Photonic Heterostructure<\/a>\u201d, publicado no dia 25 de novembro no peri\u00f3dico cient\u00edfico Nano Letters, afirma que \u00e9 poss\u00edvel controlar a trajet\u00f3ria da luz em um material bidimensional composto de f\u00f3sforo negro depositado sobre um substrato de calcita, o que \u00e9 imposs\u00edvel at\u00e9 agora de ocorrer no grafeno, que tamb\u00e9m tem apenas uma camada de \u00e1tomos.<\/p>\n\n\n\n

\u201cH\u00e1 um pouco de arte nessa pesquisa\u201d, diz \u00cdcaro Lavor, jovem cientista brasileiro de 35 anos e um dos principais autores do estudo. Lavor \u00e9 professor do Instituto Federal de Educa\u00e7\u00e3o, Ci\u00eancia e Tecnologia do Rio Grande do Norte (IFRN), Campus Mossor\u00f3, pesquisador volunt\u00e1rio do Departamento de F\u00edsica da Universidade Federal do Cear\u00e1 (UFC) e do Departamento de F\u00edsica e Centro de Excel\u00eancia em NANOlight da Universidade de Antu\u00e9rpia, na B\u00e9lgica. O cientista chin\u00eas Zehua Tao, que tamb\u00e9m assina o trabalho, \u00e9 inclusive co-orientando de doutorado do cientista cearense. O Prof. Andr\u00e9 Chaves (UFC), outro autor do estudo, foi orientador de doutorado de Lavor na UFC.<\/p>\n\n\n

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O f\u00edsico \u00cdcaro Lavor, durante visita a Universidade de Antu\u00e9rpia na B\u00e9lgica.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

A pesquisa estudou a intera\u00e7\u00e3o de f\u00f3tons com el\u00e9trons, conhecido como plasmon-polaritons<\/em>. O estudo revelou que os plasmon-polaritons<\/em>, na nanoestrutura 2D proposto no trabalho, s\u00e3o mais eficientes para direcionar a luz devido \u00e0 sua quiralidade \u2013 isto \u00e9, um comportamento assim\u00e9trico e direcional.<\/p>\n\n\n\n

Nesse contexto, os estudos da plasm\u00f4nica em grafeno, por exemplo, j\u00e1 revelavam que os plasmon-polaritons<\/em> se propagavam com grande simetria, como ocorre, por exemplo, \u00e0s ondas formadas na superf\u00edcie da \u00e1gua quando se joga uma pedra. Essa simetria acaba por impedir um direcionamento da propaga\u00e7\u00e3o da onda plasm\u00f4nica, algo importante para aplica\u00e7\u00e3o na nano-optoeletr\u00f4nica, por exemplo. \u201cNosso estudo aborda um desafio crucial na nanofot\u00f4nica: controlar a dire\u00e7\u00e3o da propaga\u00e7\u00e3o da luz em escalas nanom\u00e9tricas de forma precisa e eficiente. O nosso objetivo \u00e9 desenvolver m\u00e9todos para controlar a dire\u00e7\u00e3o e quiralidade dos polaritons plasm\u00f4nicos de forma precisa, explorando as intera\u00e7\u00f5es anisotr\u00f3picas para poss\u00edveis aplica\u00e7\u00f5es em dispositivos nanofot\u00f4nicos compactos e ajust\u00e1veis\u201d, diz Lavor.<\/p>\n\n\n\n

Lavor ainda explica que, na intera\u00e7\u00e3o entre f\u00f3tons e oscila\u00e7\u00f5es coletivas de el\u00e9trons livres em nanomateriais com caracter\u00edsticas plasm\u00f4nicas, a luz pode ser modulada, resultando em diferentes energias e cores, em um processo an\u00e1logo ao que ocorre nos vitrais das catedrais, por exemplo. \u201cH\u00e1 bastante arte, digamos assim, por tr\u00e1s desse fen\u00f4meno. Est\u00e1 na introdu\u00e7\u00e3o da minha tese<\/a> uma compara\u00e7\u00e3o desse efeito aos vitrais das catedrais g\u00f3ticas. As cores s\u00e3o originadas exatamente pela intera\u00e7\u00e3o da luz com nanopart\u00edculas presente no vidro, como ouro, prata, por exemplo. E o que me atraiu bastante durante o doutorado foi exatamente porque \u00e9 poss\u00edvel voc\u00ea ver, digamos assim, do ponto de vista experimental, uma onda de plasmon-polaritons<\/em>\u201d, explica o cientista.<\/p>\n\n\n\n

Apesar de ser um estudo te\u00f3rico, Lavor afirma que \u00e9 poss\u00edvel realizar o experimento por meio de t\u00e9cnicas como \u201cmicroscopia \u00f3ptica de campo pr\u00f3ximo por espalhamento e varredura (s-SNOM), que podem ser usadas para excitar os el\u00e9trons no f\u00f3sforo negro e mapear os polaritons plasm\u00f4nicos <\/em>quirais em tempo real, validando o modelo te\u00f3rico apresentado no artigo\u201d.<\/p>\n\n\n\n

Os cientistas escolheram o \u201csandu\u00edche\u201d de f\u00f3sforo negro com calcita devido \u00e0s suas propriedades anisotr\u00f3picas, o que significa que suas caracter\u00edsticas variam dependendo da dire\u00e7\u00e3o. Al\u00e9m disso, rotacionaram o material, isto \u00e9, o f\u00f3sforo negro em rela\u00e7\u00e3o ao substrato para criar intera\u00e7\u00f5es espec\u00edficas entre el\u00e9trons e luz. \u201cA intera\u00e7\u00e3o entre a anisotropia eletr\u00f4nica do material plasm\u00f4nico, o f\u00f3sforo negro, e a anisotropia diel\u00e9trica do substrato cria condi\u00e7\u00f5es para quebrar simetrias de propaga\u00e7\u00e3o, resultando em quiralidade ajust\u00e1vel dos polaritons<\/em>\u201d, afirma o cientista.<\/p>\n\n\n\n

Os polaritons plasm\u00f4nicos<\/em> em substratos como f\u00f3sforo negro e calcita t\u00eam seu comportamento altamente influenciado por tr\u00eas par\u00e2metros-chave: tens\u00e3o el\u00e9trica aplicada (gate voltage), dopagem eletr\u00f4nica e frequ\u00eancia de excita\u00e7\u00e3o do laser, presente no experimento realizado com s-SNOM. Esses par\u00e2metros fornecem um controle din\u00e2mico e preciso sobre a dire\u00e7\u00e3o e propaga\u00e7\u00e3o dessas quasipart\u00edculas, que combinam luz e oscila\u00e7\u00e3o coletiva de el\u00e9trons. A tens\u00e3o aplicada, ou gating, ajusta a densidade eletr\u00f4nica do material, permitindo altera\u00e7\u00f5es nas propriedades plasm\u00f4nicas, como a frequ\u00eancia de resson\u00e2ncia e a dispers\u00e3o dos polaritons<\/em>. Isso \u00e9 crucial para sintonizar como a luz \u00e9 confinada e guiada na superf\u00edcie do material.<\/p>\n\n\n\n

Al\u00e9m disso, o \u00e2ngulo de rota\u00e7\u00e3o relativo entre os substratos e a orienta\u00e7\u00e3o do material desempenha um papel importante ao alinhar as anisotropias eletr\u00f4nicas e diel\u00e9tricas. Essa manipula\u00e7\u00e3o angular permite controlar a quiralidade, ou seja, o comportamento direcional assim\u00e9trico dos polaritons plasm\u00f4nicos<\/em>. Tal controle \u00e9 particularmente relevante em materiais anisotr\u00f3picos como o f\u00f3sforo negro, onde as propriedades eletr\u00f4nicas variam significativamente dependendo da dire\u00e7\u00e3o do cristal. Essa sintoniza\u00e7\u00e3o angular oferece uma ferramenta para ajustar como a luz polarizada interage com o material.<\/p>\n\n\n\n

Por \u00faltimo, a frequ\u00eancia de excita\u00e7\u00e3o do laser define a energia dos polaritons<\/em> gerados. Esse par\u00e2metro influencia diretamente a dispers\u00e3o dos polaritons<\/em>, ajustando sua velocidade e comprimento de onda. Combinando a frequ\u00eancia de excita\u00e7\u00e3o com as modifica\u00e7\u00f5es de tens\u00e3o e dopagem, \u00e9 poss\u00edvel adaptar dinamicamente a propaga\u00e7\u00e3o dos polaritons<\/em> para aplica\u00e7\u00f5es em fot\u00f4nica avan\u00e7ada, como guias de onda ultracompactos e sensores sens\u00edveis a propriedades qu\u00edmicas e estruturais.<\/p>\n\n\n\n

Essa flexibilidade no controle dos polaritons<\/em> em materiais bidimensionais torna esses sistemas promissores para a pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o de dispositivos \u00f3pticos integrados, como sensores, moduladores e circuitos de comunica\u00e7\u00e3o baseados em luz, onde o controle preciso e eficiente da propaga\u00e7\u00e3o \u00e9 essencial. O estudo tamb\u00e9m avan\u00e7a no campo da nanofot\u00f4nica, que explora como manipular luz em escala nanom\u00e9trica para novas tecnologias. \u00c9 uma nova luz sob a catedral do desenvolvimento tecnol\u00f3gico e social que tem a participa\u00e7\u00e3o direta e essencial da ci\u00eancia brasileira.<\/p>\n\n\n\n

(Colaborou Roger Marzochi)<\/strong><\/a><\/p>\n\n\n\n

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