Os pesquisadores do Berkeley Lab desenvolveram uma nova classe de dispositivos em forma de gravata borboleta que capturam, filtrar e orientar a luz em nanoescala. Esses dispositivos "nanocorter" atuam como antenas para focalizar e classificar a luz em espaços minúsculos, uma técnica útil para coletar luz de banda larga para filtros e detectores sensíveis à cor.

Atualmente, fibras ópticas empregam luz para transportar dados com largura de banda muito alta, mas a técnica atinge um obstáculo à medida que a luz é comprimida em circuitos fotônicos cada vez menores. Esse obstáculo é o limite de difração - uma restrição fundamental na concentração de fótons em regiões menores que a metade de seu comprimento de onda. Em contraste, dispositivos eletrônicos são prontamente configurados em escalas nanométricas; Contudo, a transferência eletrônica de dados opera em frequências muito abaixo daquelas para fibra óptica, com largura de banda muito menor, reduzindo a quantidade de dados transportados.

Uma tecnologia recente, cunhado "plasmonics, "aglomera ondas eletromagnéticas em estruturas metálicas com dimensões muito menores do que o comprimento de onda da luz para a transmissão de dados em frequências ópticas, casando os melhores aspectos das comunicações ópticas e eletrônicas. Uma classe de estruturas particularmente promissora para aumentar esse efeito de aglomeração são as antenas ópticas em nanoescala feitas de ouro, que alavancam o comportamento plasmônico para capturar e confinar a luz com eficiência em dimensões minúsculas.

"Como a antena da sua TV ou rádio, nanoantenas ópticas captam e concentram energia de maneira eficiente, mas os comprimentos de onda são muito menores, "diz Jim Schuck, um cientista da equipe da Fundição Molecular, uma instalação de usuário nacional do Departamento de Energia dos EUA em Berkeley Lab que fornece suporte a pesquisadores de nanociência em todo o mundo.

"Fizemos a primeira estrutura nanofabricada e projetada para distribuição de luz em nanoescala que pode enviar e manipular informações ópticas ultraconfinadas com um botão que você pode facilmente ajustar - a energia ou cor da luz, "diz Schuck, que trabalha nas Instalações de Imagem e Manipulação de Nanoestruturas da Foundry.

Zhaoyu Zhang, pesquisador de pós-doutorado da Molecular Foundry, trabalhando com Schuck e o diretor de instalações de nanofabricação Stefano Cabrini, nanoantenas fabricadas a partir de quatro triângulos equiláteros de ouro litograficamente padronizados para criar uma geometria "cruzada".

Romper a simetria deste dispositivo em forma de cruz afeta seu modo de ressonância primário - uma propriedade melhor ilustrada pelo estilhaçar de uma taça de champanhe quando ela encontra um tom musical de altura certa. Nessas nanoantenas cruzadas, os modos ressonantes correspondem a diferentes frequências, ou cores, de luz.

"Agora podemos controlar as propriedades plasmônicas desses dispositivos, introduzindo assimetria, e descobrimos que a luz vermelha e azul é enviada literalmente para a esquerda e para a direita, "diz Zhang." Ao empurrar os limites da manipulação da luz em um volume menor, podemos mover informações para um lugar ou outro com rapidez e eficiência, o que é importante para rápido, fotodetecção sensível à cor. "

De fato, deslocar a gravata borboleta alinhada verticalmente na nanoantena cruzada apenas cinco nanômetros à esquerda do centro gera dois modos de ressonância, produzindo um filtro de duas cores. A equipe demonstrou ainda mais esse efeito quebrando outras simetrias das gravatas-borboleta, levando a um filtro de três cores. Essa quebra de simetria dá aos cientistas a capacidade de "sintonizar automaticamente" um dispositivo para um conjunto desejado de cores ou energias, crucial para filtros e outros detectores. Usando os recursos de nanofabricação disponíveis na Fundição, os cientistas planejam explorar o ajuste do tamanho, forma, e a posição das gravatas para otimizar as propriedades do dispositivo. Por exemplo, milhares de gravatas borboleta podem ser embaladas em uma área com menos de um milímetro de diâmetro, permitindo grande, mas ultrarrápido, matrizes de detectores.

"Nossas descobertas fornecem informações sobre a ligação entre a quebra de simetria simples e as propriedades de acoplamento coerente de plasmons localizados, fornecendo um caminho para dispositivos complexos de engenharia que podem controlar a luz em espaços extremamente confinados, "Schuck acrescenta.

Um artigo científico relatando esta pesquisa intitulado "Manipulando campos de luz em nanoescala com o nano-colourter de gravata borboleta assimétrica, "por Zhaoyu Zhang, Alexander Weber-Bargioni, Shiwei Wu, Scott Dhuey, Stefano Cabrini e James Schuck, aparece em Nano Letters e está disponível em Nano Letras conectados.

Fonte:Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (notícias:web)