O que acontece quando você excita novas montagens de nanomateriais usando luz estruturada? Uma pesquisa conjunta entre a Universidade de Tecnologia de Tampere (TUT) (Finlândia) e a Universidade de Tübingen (Alemanha) mostrou que a luz cuidadosamente estruturada e arranjos correspondentes de nanoestruturas de metal (os chamados "oligômeros plasmônicos") podem ser combinados para alterar as propriedades do luz gerada em escala nanométrica. Em particular, as equipes mostraram que a eficiência dos campos ópticos não lineares (por exemplo, segundo harmônico) gerado a partir dos oligômeros é fortemente influenciado por como os constituintes do oligômero são arranjados no espaço e como esses constituintes são iluminados por luz estruturada.

Processos ópticos não lineares fornecem a base para funcionalidades importantes em fotônica, como conversão de frequência de luz, geração de pulsos de luz ultracurtos, bem como processamento óptico e manipulação. Espera-se que um maior avanço neste campo seja alimentado pela síntese de novos nanomateriais com propriedades ópticas adaptáveis ​​e por novas abordagens para acoplar luz de forma eficiente em tais nanomateriais. Para o último propósito, feixes de luz com polarizações não convencionais, a chamada luz estruturada, espera-se que sejam cruciais.

Para demonstrar essas capacidades, os autores projetaram e fabricaram conjuntos de nanobastões de ouro com dimensões e orientações bem definidas, de modo que seu tamanho total corresponda ao tamanho de um feixe de laser focado, ou seja, cerca de 1 mícron. Para investigar a resposta não linear de tais oligômeros plasmônicos, os autores usaram uma nova técnica de microscopia óptica, que é equipado com feixes estruturados por polarização. Mais especificamente, os autores usaram feixes vetoriais cilíndricos com polarização radial e azimutal que exibem estados de polarização não uniformes em toda a seção transversal do feixe.

"Trabalhos anteriores sobre efeitos ópticos não lineares em oligômeros plasmônicos foram baseados no uso de ondas planas ou feixes focados com homogêneos, ou seja, uniforme, estados de polarização. Aqui, usamos um microscópio óptico não linear equipado com feixes estruturados com polarização em forma de donut para estudar esses oligômeros. Descobrimos que a eficiência geral dos efeitos ópticos não lineares dessas estruturas é fortemente afetada pela estrutura espacial do feixe e pelas interações coletivas suportadas pelo oligômero. Esperamos que nosso trabalho desperte ainda mais o interesse no estudo e manipulação de efeitos ópticos não lineares em novos sistemas em nanoescala usando feixes de excitação não convencionais ", disse o Dr. Godofredo Bautista, pesquisador de pós-doutorado do Grupo de Óptica Não Linear do Laboratório de Fotônica do TUT e co-autor do trabalho.

Professor Martti Kauranen, chefe do Grupo de Óptica Não Linear e Laboratório de Fotônica, que supervisionou a pesquisa no TUT, afirma que "Além dos efeitos não lineares estudados no presente trabalho, nossos resultados mostram em geral como é importante adaptar o feixe óptico incidente para acoplar a luz de forma eficiente em nanoestruturas complexas. "

Professora Monika Fleischer, chefe do Grupo de Nanoestruturas Plasmônicas da Universidade de Tübingen e co-autor correspondente, que supervisionou a pesquisa na Universidade de Tübingen, acrescenta:"A nanotecnologia fornece ferramentas de alta precisão que nos permitem adaptar arranjos de nanoestruturas metálicas, também chamadas de antenas ópticas, com propriedades pré-projetadas. Desta forma, interações específicas com feixes de laser não convencionais podem ser direcionadas, e as intensidades gerais do sinal podem ser maximizadas. "Os pesquisadores acreditam que seus resultados serão úteis no projeto e implementação de novos tipos de componentes ópticos e técnicas de caracterização que utilizam campos ópticos não convencionais.