Investigadores da UMinho em destaque na revista Science

Uma equipa científica, que inclui investigadores da Universidade do Minho, conseguiu confinar radiação infravermelha no volume mais pequeno de sempre.

O estudo foi publicado pela revista “Science“, tendo a coautoria de cientistas do Instituto de Ciências Fotónicas (Espanha), do Instituto Tecnológico de Massachusetts (EUA), das universidades de Paris-Saclay (França) e Duke (EUA) e o apoio do consórcio Graphene Flagship, financiado pela Comissão Europeia. Na academia minhota os responsáveis são Tatiana Rappoport e Nuno Peres, do Centro de Física da Escola de Ciências.

O facto da luz infravermelha ter sido confinada no menor volume possível, actualmente, abre portas a aplicações em áreas tão diversas como a dos metamateriais (materiais artificiais com novas propriedades), a segurança (sensores no controlo de fronteiras) e a espectroscopia molecular (detecção de pequeníssimas concentrações de moléculas).

Para entender o impacto deste confinamento máximo da radiação infravermelha, um tipo de radiação semelhante à usada num comando de televisão, basta lembrar que os dispositivos electrónicos – desde smartphones a sondas médicas e nano-satélites – têm milhões de transístores. Um transístor que há 60 anos ocupava a palma da mão é hoje mil vezes menor do que a espessura de um fio de cabelo. 

Os cientistas tentam reduzir ao máximo o tamanho dos dispositivos que controlam e guiam a luz, pois esta pode ser um meio de comunicação ultrarrápido entre, por exemplo, secções de um chip e em sensores ultrassensíveis. O desafio agora é criar técnicas para limitar a luz a espaços milhões de vezes menores do que os actuais.

Dez mil milhões de vezes menor.

Sabe-se que os isoladores (lentes de vidro, por exemplo) podem comprimir a luz na escala espacial de um comprimento de onda. O grafeno, um condutor orgânico com uma só camada de átomos carbono e propriedades óticas e elétricas excecionais, permite “guiar” oscilações elétricas que interagem fortemente com a luz. 

Em 2018, também na “Science”, parte da equipa científica referida mostrou pela primeira vez como guiar a luz ao longo do grafeno, ou seja na espessura de um só átomo. Para tal, criou um “lego” bidimensional de grafeno (condutor) e nitreto de boro (isolante), encimado por hastes metálicas (como as colunas romanas). Faltava agora confinar a luz infravermelha no mais ínfimo espaço a três dimensões (“cavidade”) para vermos a sua capacidade de interagir com pequenas moléculas.

Os cientistas espalharam então numa folha de grafeno, ao acaso, cubos de prata tão pequenos quanto 50 nanómetros. Depois, enviaram luz infravermelha, que se propagou na “cavidade” formada entre o grafeno e cada nanocubo. Estes cubos eram 200 vezes menores que o comprimento de onda da radiação incidente, mas a sua interação gerou uma ressonância eletromagnética, ou seja um novo tipo de antena, capaz de confinar espacialmente a luz infravermelha com muita eficiência. Essa ressonância manteve o fluxo de energia eletromagnética na “cavidade” num volume dez mil milhões de vezes menor do que o ocupado pela luz infravermelha comum, algo nunca antes alcançado. O resultado da experiência pode ser visto como o dito popular “meter o Rossio na Betesga”.