Um modelo feito por cientistas da Rice University mostra como duas esferas carregadas positivamente ligadas a molas são atraídas para o campo elétrico de luz. Devido ao movimento das esferas, o sistema de molas espalha luz em diferentes energias quando irradiado com ondas trocoidais no sentido horário e anti-horário. Crédito:Link Research Group / Rice University
Um cientista pode querer dar cambalhotas ao fazer uma descoberta, mas, desta vez, a própria descoberta depende de piruetas.
Pesquisadores da Rice University descobriram detalhes sobre um novo tipo de interação luz-matéria polarizada com a luz que literalmente gira de ponta a ponta à medida que se propaga a partir de uma fonte. Sua descoberta pode ajudar a estudar moléculas como aquelas em antenas coletoras de luz que têm sensibilidade única para o fenômeno.
Os pesquisadores observaram o efeito que chamam de dicroísmo trocoidal na luz espalhada por dois difusores dipolo acoplados, neste caso, um par de nanobastões de metal plasmônico bem espaçados, quando eles foram excitados pela luz estrondosa.
A polarização de luz que os pesquisadores usaram é fundamentalmente diferente da polarização linear que faz os óculos de sol funcionarem e da luz circularmente polarizada em forma de saca-rolhas usada em dicroísmo circular para estudar a conformação de proteínas e outras pequenas moléculas.
Em vez de assumir uma forma helicoidal, o campo de luz é plano enquanto dá cambalhotas - girando no sentido horário ou anti-horário - para longe da fonte como um bambolê rolando. Este tipo de polarização de luz, chamada polarização trocoidal, foi observado anteriormente, disse a estudante de pós-graduação e autora principal Lauren McCarthy, mas ninguém sabia que as nanopartículas plasmônicas poderiam ser usadas para ver como ele rolava.
"Agora sabemos como as polarizações trocoidais se relacionam com as interações luz-matéria existentes, "disse ela." Há uma diferença entre compreender a luz e suas propriedades físicas e compreender a influência da luz na matéria. A interação diferencial com a matéria, com base na geometria do material, é a nova peça aqui. "
A descoberta do laboratório de arroz do químico Stephan Link é detalhada no Anais da Academia Nacional de Ciências .
Lauren McCarthy, estudante de graduação da Rice University, liderou um esforço que descobriu detalhes sobre um novo tipo de interação de matéria de luz polarizada com a luz que literalmente gira de ponta a ponta à medida que se propaga de uma fonte. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Os pesquisadores não estavam procurando especificamente pelo dicroísmo trocoidal. Eles estavam gerando um campo evanescente em uma técnica que desenvolveram para estudar nanopartículas de ouro quirais para ver como espacialmente confinado, A luz polarizada circularmente para canhotos e destros interagia com a matéria. A propagação livre de interações de luz polarizada circularmente é a chave para várias tecnologias, incluindo vidros 3-D feitos de materiais que distinguem entre polarizações de luz opostas, mas não são tão bem compreendidos quando a luz está confinada a pequenos espaços nas interfaces.
Em vez da luz circularmente polarizada usada antes, os autores mudaram a polarização da luz incidente usada para gerar um campo evanescente com ondas estrondosas. Os pesquisadores descobriram que as polarizações trocoidais no sentido horário e anti-horário interagiam de maneira diferente com pares de nanobastões plasmônicos orientados a 90 graus um do outro. Especificamente, os comprimentos de onda de luz que os pares de nanobastões espalharam mudaram quando a polarização trocoidal mudou de sentido horário para anti-horário, que é uma característica do dicroísmo.
"Ondas trocoidais foram discutidas, e diferentes grupos investigaram suas propriedades e aplicações, "Disse McCarthy." No entanto, até onde sabemos, ninguém observou que a geometria de um material pode permitir interações diferenciais com ondas trocoidais anti-horário versus horário. "
As moléculas interagem com a luz por meio de seus dipolos elétricos e magnéticos. Os pesquisadores notaram que as moléculas com dipolos elétricos e magnéticos que são perpendiculares entre si, como com as nanopartículas de 90 graus, tem movimento de carga que gira no plano quando excitado. O dicroísmo trocoidal pode ser usado para determinar a direção desta rotação, que revelaria a orientação molecular.
Emocionantes dímeros de nanorod de ouro auto-montados também revelaram efeitos de dicroísmo trocoidal sutis, mostrando que o fenômeno não se limita a nanopartículas estritamente fabricadas e dispostas a 90 graus.
"Tendo trabalhado com luz polarizada interagindo com nanoestruturas plasmônicas por um longo tempo, a descoberta atual é certamente especial de várias maneiras, "Link disse." Encontrar uma nova forma de interação de matéria de luz polarizada é emocionante por si só. Igualmente gratificante foi o processo de descoberta, no entanto, como Lauren e minha ex-aluna, Kyle Smith, me empurrou para acompanhar seus resultados. No final, foi um verdadeiro esforço de equipe de todos os coautores, do qual estou muito orgulhoso. "
