p (PhysOrg.com) - Todo mundo que já usou uma TV, rádio ou telefone celular sabe o que uma antena faz:capta os sinais aéreos que tornam esses dispositivos práticos. Um laboratório da Rice University construiu uma antena que capta a luz da mesma maneira, em pequena escala com grande potencial. p O físico de matéria condensada Doug Natelson e o estudante de graduação Dan Ward descobriram uma maneira de fazer uma antena óptica de duas pontas de ouro separadas por uma lacuna em nanoescala que coleta a luz de um laser. As dicas "pegam a luz e a concentram em um espaço minúsculo, "Natelson disse, levando a um aumento de mil vezes na intensidade da luz na lacuna.

p Obter uma medição precisa do efeito é a primeira, disse Natelson, que relatou os resultados na edição online de hoje da revista Nature Nanotechnology . Ele espera que a descoberta seja útil no desenvolvimento de ferramentas para óptica e para detecção química e biológica, mesmo na escala de uma única molécula, com implicações para a segurança industrial, defesa e segurança interna.

p O artigo de Natelson, Ward e seus colegas na Alemanha e na Espanha detalham a técnica da equipe, que envolve brilhar a luz do laser na lacuna entre um par de pontas de ouro com menos de um nanômetro de distância - cerca de um centésimo de milésimo da largura de um cabelo humano.

p "Você pode ignorar o fato de que a antena do seu carro é construída com átomos; ela simplesmente funciona, "disse Natelson, um professor de física e astronomia do arroz, e também engenharia elétrica e informática. "Mas quando você tem pequenos pedaços de metal muito próximos uns dos outros, você tem que se preocupar com todos os detalhes. Os campos serão grandes, a situação vai ser complicada e você está realmente constrangido. Conseguimos usar um pouco da física que só entra em jogo quando as coisas estão muito próximas para ajudar a descobrir o que está acontecendo. "

p A chave para medir a amplificação da luz acabou por ser medir outra coisa, especificamente a corrente elétrica fluindo entre as pontas de ouro.

p Colocar as nanopontas tão próximas permite que a carga flua via tunelamento quântico conforme os elétrons são empurrados de um lado para o outro. Os pesquisadores conseguiram fazer os elétrons se moverem empurrando-os em baixas frequências com uma voltagem, de uma forma altamente controlável, maneira mensurável. Eles também podem fazê-los fluir com o brilho do laser, que empurra a carga na freqüência muito alta da luz. Ser capaz de comparar os dois processos estabeleceu um padrão pelo qual a amplificação de luz poderia ser determinada, Natelson disse. Seus co-autores alemão e espanhol ajudaram a fornecer a justificativa teórica necessária para a análise.

p A amplificação é um efeito plasmônico, Natelson disse. Plasmons, que pode ser excitado pela luz, são elétrons oscilantes em estruturas metálicas que agem como ondulações em uma piscina. "Você tem uma estrutura de metal, você ilumina isso, a luz faz os elétrons nesta estrutura de metal se espalharem, "ele disse." Você pode pensar nos elétrons do metal como um fluido incompressível, como água em uma banheira. E quando você os pega balançando para frente e para trás, você obtém campos elétricos.

p "Nas superfícies do metal, esses campos podem ser muito grandes - muito maiores do que aqueles da radiação original, "disse ele." O que era difícil de medir era o quão grande. Não sabíamos o quanto os dois lados estavam balançando para cima e para baixo - e é exatamente isso que nos preocupa. "

p Medindo simultaneamente as correntes acionadas eletricamente de baixa frequência e as correntes acionadas opticamente de alta frequência entre as pontas, "podemos descobrir a voltagem zingando para frente e para trás nas frequências realmente altas que são características da luz, " ele disse.

p Natelson disse que o aparelho caseiro de seu laboratório, que combina óptica e eletrônica em nanoescala, é bastante incomum. “Há muitas pessoas que fazem ótica. Há muitas que fazem medições elétricas em nanoescala, "disse ele." Ainda não há muitas pessoas que combinam os dois. "

p O equipamento personalizado deu aos pesquisadores do Rice uma medida de controle sobre as propriedades térmicas e elétricas que impediram outros investigadores. As pontas são resfriadas a 80 Kelvin, cerca de -315 graus Fahrenheit, e são eletricamente isolados de suas bases de silício, mantendo sob controle tensões parasitas que poderiam distorcer os resultados.

p "A razão de estarmos estudando esses campos aprimorados não é apenas porque eles estão lá, "Natelson disse." Se você pode melhorar o campo local por um fator de 1, 000, há muitas coisas que você pode fazer em termos de sensores e ótica não linear. Qualquer coisa que lhe dê uma ideia do que está acontecendo nessas escalas minúsculas é muito útil.

p "Este é um daqueles raros, casos felizes em que você pode realmente obter informações - informações muito locais - sobre exatamente algo pelo qual você se importa. "