p Cientistas da UC San Diego, O MIT e a Universidade de Harvard desenvolveram "plexcitons topológicos, "Partículas transportadoras de energia que poderiam ajudar a tornar possível o projeto de novos tipos de células solares e circuitos ópticos miniaturizados. p Os pesquisadores relatam seu avanço em artigo publicado na atual edição da Nature Communications .

p Dentro do mundo liliputiano da física do estado sólido, luz e matéria interagem de maneiras estranhas, trocando energia e para trás entre eles.

p "Quando a luz e a matéria interagem, eles trocam energia, "explicou Joel Yuen-Zhou, professor assistente de química e bioquímica na UC San Diego e o primeiro autor do artigo. "A energia pode fluir para frente e para trás entre a luz em um metal (o chamado plasmon) e a luz em uma molécula (o chamado exciton). Quando essa troca é muito mais rápida do que suas respectivas taxas de decaimento, suas identidades individuais são perdidas, e é mais correto pensar nelas como partículas híbridas; excitons e plasmons se casam para formar plexcitons. "

p Os cientistas de materiais têm procurado maneiras de aprimorar um processo conhecido como transferência de energia de excitons, ou EET, para criar células solares melhores, bem como circuitos fotônicos miniaturizados, dezenas de vezes menores que seus equivalentes de silício.

p "Compreender os mecanismos fundamentais de aprimoramento de EET alteraria a maneira como pensamos sobre o projeto de células solares ou as maneiras pelas quais a energia pode ser transportada em materiais em nanoescala, "disse Yuen-Zhou.

p A desvantagem do EET, Contudo, é que esta forma de transferência de energia é extremamente curta, na escala de apenas 10 nanômetros, e rapidamente se dissipa à medida que os excitons interagem com diferentes moléculas.

p Uma solução para evitar essas deficiências é hibridizar excitons em um cristal molecular com as excitações coletivas dentro de metais para produzir plexcitons, que viajam por 20, 000 nanômetros, um comprimento da ordem da largura de um cabelo humano.

p Espera-se que os plexcitons se tornem parte integrante da próxima geração de circuitos nanofotônicos, arquiteturas de captação de luz de energia solar e dispositivos de catálise química. Mas o principal problema com plexcitons, disse Yuen-Zhou, é que seu movimento ao longo de todas as direções, o que torna difícil o aproveitamento adequado de um material ou dispositivo.

p Ele e uma equipe de físicos e engenheiros do MIT e de Harvard encontraram uma solução para esse problema por meio da engenharia de partículas chamadas de "plexcitons topológicos, "com base nos conceitos em que os físicos do estado sólido têm sido capazes de desenvolver materiais chamados de" isolantes topológicos ".

p "Isoladores topológicos são materiais que são isoladores elétricos perfeitos em massa, mas em suas bordas se comportam como cabos metálicos unidimensionais perfeitos, "Yuen-Zhou disse." A característica interessante dos isolantes topológicos é que, mesmo quando o material é imperfeito e tem impurezas, há um grande limite de operação onde os elétrons que começam a viajar ao longo de uma direção não podem retornar, tornando o transporte de elétrons robusto. Em outras palavras, pode-se pensar que os elétrons são cegos às impurezas. "

p Plexcitons, em oposição aos elétrons, não tem carga elétrica. Ainda, como Yuen-Zhou e seus colegas descobriram, eles ainda herdam essas propriedades direcionais robustas. Adicionar esse recurso "topológico" aos plexcitons dá origem à direcionalidade do EET, um recurso que os pesquisadores não haviam concebido anteriormente. Isso deve permitir que os engenheiros criem interruptores plexcitônicos para distribuir energia seletivamente entre os diferentes componentes de um novo tipo de célula solar ou dispositivo de coleta de luz.