As telecomunicações modernas acontecem por causa de elétrons e fótons rápidos. Isso pode melhorar? A lei de Moore - a duplicação da capacidade de computação a cada 18 meses ou mais - pode ser mantida? A compactação (componentes em escala nm) da eletrônica pode ser combinada com a velocidade da fotônica?

Nós vamos, uma dessas abordagens híbridas está sendo explorada no Joint Quantum Institute, onde os cientistas reúnem três campos de pesquisa da física maravilhosos:microfluídica, pontos quânticos, e plasmonics para sondar e estudar nanoestruturas ópticas com precisão espacial tão fina quanto 12 nm.

PLASMONICS

Quando a luz atinge uma faixa de metal, uma onda de elétrons pode ser excitada na superfície. Este "plasmon de superfície" é um pouco de luz ou eletricidade. Nós vamos, é um pouco dos dois. O comprimento de onda dessa onda eletromagnética é mais curto e a densidade de energia mais alta do que a luz do laser que entra; o plasmon é, portanto, fortemente localizado, restrito à luz para se propagar ao longo da superfície da farinha. A ciência da "plasmônica" surgiu para capitalizar várias imagens, de detecção, e habilidades de processamento inerentes aos plasmons. Começar com, no entanto, é preciso saber exatamente o que acontece naquela superfície metálica excitada por laser. Essa luz é convertida na onda plasmônica; mais tarde, a energia pode ser reconvertida em luz.

É aqui que entra o experimento JQI. O principal resultado do trabalho, publicado em 5 de fevereiro na revista Nature Communications , é fornecer um mapa mostrando como a tira de metal, neste caso, um fio de prata de 4 mícrons de comprimento e 100 nm de largura, acende.

MICROFLUÍDICOS E PONTOS QUÂNTICOS

Os outros dois componentes principais do experimento, além de plasmônicos, são microfluídica e pontos quânticos. Microfluídica, uma ciência relativamente nova por si só, apresenta o movimento de volumes de nanolitros de fluidos através de canais definidos em microchips, análogo aos caminhos condutores amarrados em microprocessadores para transportar correntes elétricas. Pontos quânticos, bolas semicondutoras de tamanho nanométrico, são adaptados para possuir um conjunto específico de estados de energia permitidos; na verdade, os pontos são átomos artificiais que podem ser movidos. No experimento JQI, os pontos de 10 nm de largura (a importante camada de seleneto de cádmio tem apenas 3 nm de espessura) flutuam em um fluido cujo fluxo pode ser controlado variando uma voltagem aplicada. Os pontos são desenhados perto do nanofio, como se fossem minas próximas a um submarino.

Na verdade, o ponto está ali precisamente para excitar o fio. O ponto é uma máquina de fluorescência - em um sentido vago, uma lâmpada nanoscópica. Acertando com luz laser verde, ele rapidamente reemite luz vermelha (um fóton por vez), e é esta radiação que excita as ondas no fio próximo, que atua como uma antena. Mas a interação é uma via de mão dupla; as emissões do ponto irão variar dependendo de onde ao longo do comprimento do fio ele está; a ponta do fio (como qualquer pára-raios pontudo em um celeiro) é onde os campos elétricos são mais altos e isso atrai a maior emissão do ponto.

Uma câmera CCD captura a luz proveniente dos pontos e do fio. As qualidades da câmera, as propriedades ópticas do ponto, o posicionamento cuidadoso do ponto, e a forma e a pureza do nanofio se combinam para fornecer uma imagem da intensidade do campo elétrico do nanofio com precisão de 12 nm. O mapa de intensidade mostra que a luz vermelha de entrada do ponto quântico (comprimento de onda de 620 nm) foi efetivamente transformada em um comprimento de onda plasmônica de 320 nm.

Chad Ropp é um estudante de graduação que trabalha no projeto e o autor principal do artigo. "Mapas plasmônicos já foram resolvidos antes, mas as interações da mecânica quântica com um único emissor não, e não com este grau de precisão, "disse Ropp.

APLICAÇÕES POSSÍVEIS

Em um dispositivo real, o ponto quântico poderia ser substituído por uma biopartícula que poderia ser identificada através do efeito observado do nanofio nas emissões das partículas. Ou a dupla dot-wire pode ser combinada em várias configurações como equivalentes plasmônicos de componentes de circuitos eletrônicos. Outros usos para este tipo de configuração de nanofio podem explorar a alta densidade de energia no estado plasmônico para suportar efeitos não lineares. Isso pode permitir que a combinação nanofio-ponto opere como um transistor óptico.