p Os nanomateriais desempenham um papel essencial em muitas áreas da vida diária. Há, portanto, um grande interesse em obter conhecimento detalhado sobre suas propriedades ópticas e eletrônicas. Os microscópios convencionais vão além de seus limites quando o tamanho das partículas cai para a faixa de alguns dez nanômetros, onde uma única partícula fornece apenas um sinal cada vez menor. Como consequência, muitas investigações são limitadas a grandes conjuntos de partículas. Agora, uma equipe de cientistas da Divisão de Espectroscopia Laser do Prof. Theodor W. Hänsch (Diretor do Instituto Max Planck de Óptica Quântica e Presidente de Física Experimental da Ludwig-Maximilians-Universität Munich) desenvolveu uma técnica, onde uma microcavidade óptica é usada para aumentar os sinais em mais de 1000 vezes e, ao mesmo tempo, atinge uma resolução óptica próxima do limite de difração fundamental. A possibilidade de estudar as propriedades ópticas de nanopartículas ou macromoléculas individuais promete um potencial intrigante para muitas áreas da biologia, química, e nanociência. p Medições espectroscópicas em grandes conjuntos de nanopartículas sofrem com o fato de que diferenças individuais de tamanho, forma, e a composição molecular são eliminadas e apenas quantidades médias podem ser extraídas. Há, portanto, um grande interesse em desenvolver técnicas sensíveis a uma única partícula. "Nossa abordagem é capturar a luz da sonda usada para a geração de imagens dentro de um ressonador óptico, onde circula dezenas de milhares de vezes. Isso aumenta a interação entre a luz e a amostra, e o sinal se torna facilmente mensurável ", explica o Dr. David Hunger, um dos cientistas trabalhando no experimento. "Para um microscópio comum, o sinal seria apenas um milionésimo da potência de entrada, o que é dificilmente mensurável. Por causa do ressonador, o sinal é aumentado por um fator de 50000. "

p No microscópio, construído pelo Dr. David Hunger e sua equipe, um dos lados do ressonador é feito de um espelho plano que serve ao mesmo tempo como portador das nanopartículas sob investigação. A contraparte é um espelho fortemente curvo na faceta final de uma fibra óptica. A luz laser é acoplada ao ressonador por meio dessa fibra. O espelho plano é movido ponto a ponto em relação à fibra para trazer a partícula passo a passo para o seu foco. Ao mesmo tempo, a distância entre os dois espelhos é ajustada de forma que a condição para o aparecimento dos modos de ressonância seja satisfeita. Isso requer uma precisão na faixa de picômetros.

p Para suas primeiras medições, os cientistas usaram esferas de ouro com diâmetro de 40 nanômetros. "As partículas de ouro servem como nosso sistema de referência, pois podemos calcular suas propriedades com precisão e, portanto, verificar a validade de nossas medições ", diz David Hunger." Visto que conhecemos as propriedades ópticas de nosso aparelho de medição com muita precisão, podemos determinar as propriedades ópticas das partículas do sinal de transmissão quantitativamente e compará-lo com o cálculo ". Em contraste com outros métodos que dependem do aumento direto do sinal, o campo de luz é limitado a uma área muito pequena, de modo que, usando apenas o modo fundamental, uma resolução espacial de 2 mícrons é alcançada. Combinando modos de ordem superior, os cientistas poderiam até aumentar a resolução para cerca de 800 nanômetros.

p O método se torna ainda mais poderoso quando as propriedades de absorção e dispersão de uma única partícula são determinadas ao mesmo tempo. Isto é interessante especialmente se as partículas não forem esféricas, mas, por exemplo, alongado. Então, as quantidades correspondentes dependem da orientação da polarização da luz em relação aos eixos de simetria da partícula. "Em nosso experimento, usamos nanobastões de ouro (34x25x25 nm ³ ) e observamos como a frequência de ressonância muda dependendo da orientação da polarização. Se a polarização for orientada paralelamente aos eixos da haste, o deslocamento da ressonância é maior do que se a polarização for orientada ortogonalmente, resultando em duas frequências de ressonância diferentes para ambas as polarizações ortogonais ", explica Matthias Mader, Aluno de doutorado no experimento. "Esta birrefringência pode ser medida com muita precisão e é um indicador muito sensível da forma e orientação da partícula."

p "Como uma aplicação do nosso método, poderíamos pensar, por exemplo, investigando a dinâmica temporal de macromoléculas, como a dinâmica de dobramento de proteínas ", diz David Hunger." No geral, vemos um grande potencial para nosso método:da caracterização de nanomateriais e nanosistemas biológicos à espectroscopia de emissores quânticos. "