p A capacidade de controlar ondas infravermelhas e terahertz usando campos magnéticos ou elétricos é um dos grandes desafios da física que pode revolucionar a optoeletrônica, telecomunicações e diagnósticos médicos. Uma teoria de 2006 prevê que deve ser possível usar grafeno - uma camada monoatômica de átomos de carbono - em um campo magnético não apenas para absorver terahertz e luz infravermelha sob demanda, mas também para controlar a direção da polarização circular. Pesquisadores da Universidade de Genebra (UNIGE), Suíça, e a Universidade de Manchester conseguiram testar essa teoria e alcançaram os resultados previstos. O estudo, a ser publicado no jornal Nature Nanotechnology , mostra que os cientistas encontraram uma maneira eficiente de controlar ondas infravermelhas e terahertz. Também mostra que o grafeno está mantendo suas promessas iniciais, e está se tornando o material do futuro, seja na terra ou no espaço. p “Existe uma classe dos chamados materiais Dirac, onde os elétrons se comportam como se não tivessem massa, semelhante a partículas de luz, os fótons, "explica Alexey Kuzmenko, pesquisador do Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE, que conduziu esta pesquisa junto com Ievgeniia Nedoliuk. Um desses materiais Dirac é o grafeno, uma monocamada de átomos de carbono dispostos em estrutura de favo de mel, relacionado ao grafite usado para fazer lápis.

p A interação entre o grafeno e a luz sugere que este material poderia ser usado para controlar ondas infravermelhas e terahertz. "Isso seria um grande passo para a optoeletrônica, segurança, telecomunicações e diagnósticos médicos, "aponta o pesquisador sediado em Genebra.

p Apoiando uma velha teoria por meio de experimentação

p Uma previsão teórica de 2006 postulou que, se um material de Dirac for colocado em um campo magnético, ele produzirá uma ressonância de ciclotron muito forte. "Quando uma partícula carregada está no campo magnético, ele se move em uma órbita circular e absorve a energia eletromagnética na órbita, ou ciclotron, frequência, Como por exemplo, acontece no Grande Colisor de Hádrons no CERN, "explica Alexey Kuzmenko." E quando as partículas têm carga, mas não massa, como elétrons no grafeno, a absorção de luz está no máximo! "

p Para demonstrar esta absorção máxima, os físicos precisavam de um grafeno muito puro para que os elétrons que viajam por longas distâncias não se espalhem em impurezas ou defeitos de cristal. Mas esse nível de pureza e ordem de rede são muito difíceis de obter e só são alcançados quando o grafeno é encapsulado em outro material bidimensional - nitreto de boro.

p Os pesquisadores da UNIGE se uniram ao grupo da Universidade de Manchester liderado por André Geim - o ganhador do Prêmio Nobel de Física de 2010 pela descoberta do grafeno - para desenvolver amostras de grafeno extremamente puro. Essas amostras, que eram excepcionalmente grandes para este tipo de grafeno, eram, no entanto, muito pequenos para quantificar a ressonância do ciclotron com técnicas bem estabelecidas. É por isso que os pesquisadores de Genebra construíram uma configuração experimental especial para concentrar a radiação infravermelha e terahertz em pequenas amostras de grafeno puro no campo magnético. "E o resultado do experimento confirmou a teoria de 2006!" adiciona Alexey Kuzmenko.

p Polarização controlada por encomenda

p Os resultados demonstraram pela primeira vez que um efeito magneto-óptico colossal ocorre de fato se uma camada de grafeno puro for usada. "A absorção magnética máxima possível da luz infravermelha é agora alcançada em uma camada monoatômica, "diz Kuzmenko.

p Além disso, os físicos descobriram que era possível escolher qual polarização circular - esquerda ou direita - deveria ser absorvida. "O grafeno natural ou intrínseco é eletricamente neutro e absorve toda a luz, independentemente de sua polarização. Mas se introduzirmos portadores eletricamente carregados, seja positivo ou negativo, podemos escolher qual polarização é absorvida, e isso funciona nas faixas de infravermelho e terahertz, "continua o cientista. Essa habilidade desempenha um papel crucial, especialmente na farmácia, onde certas moléculas-chave de drogas interagem com a luz dependendo da direção da polarização. Interessantemente, este controle é considerado promissor para a busca de vida em exoplanetas, já que é possível observar as assinaturas da quiralidade molecular inerente à matéria biológica.

p Finalmente, os físicos descobriram que observar um forte efeito na faixa de terahertz, é suficiente aplicar campos magnéticos, que já podem ser gerados por ímãs permanentes baratos. Agora que a teoria foi confirmada, os pesquisadores continuarão a trabalhar em fontes e detectores magneticamente ajustáveis ​​de terahertz e luz infravermelha. O grafeno continua a surpreendê-los.