Luz distorcida. A luz laser polarizada circularmente atravessa o dispositivo PCN e sai do outro lado como VUV polarizado na direção oposta. Crédito:Konishi et al.
Espectroscopia é o uso da luz para analisar objetos físicos e amostras biológicas. Diferentes tipos de luz podem fornecer diferentes tipos de informações. A luz ultravioleta a vácuo é útil porque pode ajudar as pessoas em uma ampla gama de campos de pesquisa, mas a geração dessa luz tem sido difícil e cara. Os pesquisadores criaram um novo dispositivo para gerar com eficiência esse tipo especial de luz usando um filme ultrafino com perfurações em nanoescala.
Os comprimentos de onda de luz que você vê com seus olhos constituem uma mera fração dos comprimentos de onda de luz possíveis que existem. Há luz infravermelha que você pode sentir na forma de calor, ou veja se você é uma cobra, que tem um comprimento de onda maior do que a luz visível. Na extremidade oposta está a luz ultravioleta (UV) que você pode usar para produzir vitamina D em sua pele, ou veja se você é uma abelha. Essas e outras formas de luz têm muitos usos na ciência.
Dentro da faixa de UV está um subconjunto de comprimentos de onda conhecido como luz ultravioleta de vácuo (VUV), assim chamados porque são facilmente absorvidos pelo ar, mas podem passar pelo vácuo. Alguns comprimentos de onda VUV na região de cerca de 120-200 nanômetros são de uso particular para cientistas e pesquisadores médicos, pois podem ser usados para análises químicas e físicas de diferentes materiais e até mesmo amostras biológicas.
Contudo, há mais luz do que um comprimento de onda. Para que o VUV seja realmente útil, ele também precisa ser torcido ou polarizado de uma maneira chamada polarização circular. Métodos existentes para produzir VUV, como o uso de aceleradores de partículas ou plasmas movidos a laser, tem muitas desvantagens, incluindo custo, escala e complexidade. Mas também, estes só podem produzir VUV polarizado linear não torcido. Se houvesse uma maneira simples de fazer VUV polarizado circular, seria extremamente benéfico. O professor assistente Kuniaki Konishi do Instituto de Ciência e Tecnologia de Fótons da Universidade de Tóquio e sua equipe podem ter a resposta.
O espaçamento é importante. A eficácia do dispositivo depende muito do espaçamento dos orifícios. Nesta simulação, orifícios separados por 600 nm (à esquerda) fornecem resultados muito maiores do que orifícios separados por 500 nm (à direita). Crédito:Konishi et al.
"Nós criamos um dispositivo simples para converter luz laser visível circularmente polarizada em VUV circularmente polarizado, torcido na direção oposta, "disse Konishi." Nossa nanomembrana dielétrica de cristal fotônico (PCN) consiste em uma folha feita de um cristal à base de óxido de alumínio (ℽ-Al2O3) com apenas 48 nm de espessura. Ele fica sobre uma folha de silício de 525 micrômetros de espessura, que possui orifícios de 190 nm cortados a 600 nm de distância. "
Aos nossos olhos, a membrana PCN parece apenas uma superfície plana sem traços característicos, mas sob um microscópio poderoso o padrão de perfurações pode ser visto. É um pouco parecido com os orifícios de um chuveiro que aumentam a pressão da água para fazer jatos.
"Quando pulsos de luz laser azul circularmente polarizada com comprimento de onda de 470 nm brilham nesses canais do silício, o PCN atua sobre esses pulsos e os torce na direção oposta, "disse Konishi." Ele também encolhe seus comprimentos de onda para 157 nm, que está bem dentro da faixa de VUV que é tão útil em espectroscopia. "
Com pulsos curtos de VUV polarizado circularmente, os pesquisadores podem observar fenômenos físicos rápidos ou de curta duração na escala submicrométrica que, de outra forma, seriam impossíveis de ver. Esses fenômenos incluem o comportamento de elétrons ou biomoléculas. Portanto, este novo método para gerar VUV pode ser útil para pesquisadores em medicina, Ciências da Vida, química molecular e física do estado sólido. Embora um método semelhante tenha sido demonstrado antes, produziu comprimentos de onda mais longos menos úteis, e fez isso usando um filme à base de metal que está sujeito a uma rápida degradação na presença de luz laser. O PCN é muito mais robusto para isso.
"Estou satisfeito que, através do nosso estudo de PCN, encontramos uma nova e útil aplicação para conversão de luz polarizada circularmente, gerar VUV com a intensidade necessária para torná-lo ideal para espectroscopia, "disse Konishi." E foi surpreendente que a membrana PCN pudesse sobreviver ao bombardeio repetido de luz laser, ao contrário dos dispositivos anteriores baseados em metal. Isso o torna adequado para uso em laboratório, onde pode ser usado extensivamente por longos períodos. Fizemos isso para a ciência básica e espero ver muitos tipos de pesquisadores fazendo bom uso de nosso trabalho. "
