Raio de partículas virtuais constrói nanoestruturas reais

Virtual que afeta o real

Um feixe de partículas virtuais é capaz de manipular partículas reais,
construindo estruturas em nanoescala que superam os padrões atuais da eletrônica
e da optoeletrônica.

”]Processadores e chips em geral, mas também células solares, sensores de
câmeras digitais e componentes para telecomunicações por fibras ópticas dependem
da luz para a sua construção.

O problema é que a miniaturização crescente está superando a capacidade da
luz em “escavar” as nanoestruturas que formam esses componentes.

Enquanto a luz visível tem comprimentos de onda na faixa das centenas de
nanômetros, os componentes eletrônicos já são medidos na faixa das dezenas de
nanômetros. Isto tem exigido truques cada vez mais mirabolantes dos
engenheiros.

Feixe híbrido de luz e plasma

Mas uma saída mais definitiva pode estar em partículas virtuais, conhecidas
como plásmons de superfície que,
se já não fossem estranhas o suficiente por si sós, agora foram dispostas na
forma de um feixe curvo.

Desafiando o senso comum e as leis do eletromagnetismo, esse feixe não viaja
de forma retilínea, como a luz com que estamos acostumados – ele forma um
arco.

“É uma coisa esquisita, com certeza,” concorda o Dr. Peng Zhang, dos
Laboratórios Berkeley, nos Estados Unidos. “É por isso que as pessoas ficam tão
interessadas nesses tipos de feixes tão interessantes.”

Mas a coisa toda parece ainda mais exótica: os cientistas conseguiram pela
primeira vez manipular um feixe híbrido de luz e plasma – eles o chamaram de
feixe plasmônico de Airy, em homenagem ao astrônomo George Biddell Airy, que
estudou o que parecia ser uma trajetória parabólica na luz do arco-íris.

Quando esse feixe híbrido de luz e plasma atinge uma superfície metálica –
tipicamente em uma estrutura irregular, conhecida como gradeamento
(grating) – ela gera pequenas ondas de elétrons na interface entre o
metal e o ar.

Essas ondas, conhecidas como polaritons
de plásmons de superfície (SPP: surface plasmon polariton), são
consideradas quasipartículas, ou partículas virtuais. São elas que formam o
padrão em arco.

E, da mesma forma que as ondas do oceano movem objetos que estejam na
superfície da água, os polaritons podem ser dirigidos para manipular e criar
estruturas ultrafinas na superfície do metal.

 

Plasmônica: em busca da computação à velocidade da luz

”]

Nova nanoferramenta

Os polaritons permitem lidar com objetos com uma dimensão equivalente à
metade do comprimento de onda da luz necessária para gerá-los.

Até agora, porém, só se sabia como dirigir os polaritons usando
nanoestruturas fixas, uma falta de flexibilidade que vinha limitando seu uso na
construção de novos nanocomponentes.

Já o feixe de Airy em arco pode ser guiado em tempo real – e guiar o feixe
significa guiar os polaritons que entram em sua composição.

Nasce, portanto, uma nova ferramenta para a criação de sistemas, circuitos e
componentes em nanoescala, que dispensa qualquer estrutura-guia para dirigir o
feixe de energia que realmente faz o trabalho – até agora era necessário um
grande aparato que inclui guias de ondas, lentes, divisores de feixe e
refletores.

Usando uma óptica controlada por computador, a equipe desenvolveu uma forma
de dirigir e manipular os feixes curvos, dirigindo sua trajetória com precisão
para pontos específicos sobre a superfície a ser trabalhada.

Por ser arqueado, o feixe tem a grande vantagem, em relação aos feixes
diretos de luz, de superar defeitos e saliências no material.

“A natureza ultrafina dos plásmons de superfície torna-os uma ferramenta
promissora para a nanolitografia do futuro e para aplicações em nanoimagem,”
disse Sheng Wang, outro membro da equipe.

O trabalho foi coordenado pelo Dr. Xiang Zhang, que tem uma longa lista de
inovações na área da fotônica e da plasmônica.