p Na escala humana, controlar a temperatura é um conceito simples. As tartarugas tomam sol para se aquecerem. Para resfriar uma torta acabada de sair do forno, coloque-o em uma bancada em temperatura ambiente. p Na nanoescala - a distâncias menores que 1/100 da largura do cabelo humano mais fino - controlar a temperatura é muito mais difícil. As distâncias em nanoescala são tão pequenas que os objetos facilmente se tornam termicamente acoplados:se um objeto aquece até uma determinada temperatura, o mesmo acontece com seu vizinho.

p Quando os cientistas usam um feixe de luz como fonte de calor, há um desafio adicional:Graças à difusão de calor, materiais no caminho do feixe aquecem até aproximadamente a mesma temperatura, dificultando a manipulação dos perfis térmicos dos objetos dentro do feixe. Os cientistas nunca foram capazes de usar a luz sozinha para formar e controlar ativamente paisagens térmicas em nanoescala.

p Pelo menos, não até agora.

p Em um artigo publicado online em 30 de julho pela revista ACS Nano , uma equipe de pesquisadores relata que projetou e testou um sistema experimental que usa um laser próximo ao infravermelho para aquecer ativamente duas antenas de ouro nanorod - hastes de metal projetadas e construídas em nanoescala - a diferentes temperaturas. Os nanobastões estão tão próximos uns dos outros que são acoplados eletromagneticamente e termicamente. Ainda assim, a equipe, liderado por pesquisadores da Universidade de Washington, Rice University e Temple University, mediu diferenças de temperatura entre as hastes de até 20 graus Celsius. Simplesmente mudando o comprimento de onda do laser, eles também podiam mudar qual nanorod estava mais frio e qual era mais quente, mesmo que as hastes fossem feitas do mesmo material.

p "Se você colocar dois objetos semelhantes próximos um do outro em uma mesa, normalmente você esperaria que eles estivessem na mesma temperatura. O mesmo é verdade em nanoescala, "disse o autor principal correspondente, David Masiello, um professor de química da UW e membro do corpo docente do Molecular &Engineering Sciences Institute e do Institute for Nano-Engineered Systems. "Aqui, podemos expor dois objetos acoplados da mesma composição de material ao mesmo feixe, e um desses objetos será mais quente do que o outro. "

p A equipe de Masiello realizou a modelagem teórica para projetar este sistema. Ele fez parceria com os autores co-correspondentes Stephan Link, professor de química e engenharia elétrica e da computação na Rice University, e Katherine Willets, um professor associado de química na Temple University, para construí-lo e testá-lo.

p Seu sistema consistia em dois nanobastões feitos de ouro - um com 150 nanômetros de comprimento e o outro com 250 nanômetros de comprimento, ou cerca de 100 vezes mais fino que o cabelo humano mais fino. Os pesquisadores colocaram os nanobastões próximos uns dos outros, ponta a ponta em uma lâmina de vidro cercada por glicerol.

p Eles escolheram ouro por um motivo específico. Em resposta a fontes de energia como um laser infravermelho próximo, os elétrons dentro do ouro podem "oscilar" facilmente. Essas oscilações eletrônicas, ou ressonâncias de plasma de superfície, converter de forma eficiente a luz em calor. Embora os dois nanobastões sejam feitos de ouro, suas polarizações plasmônicas dependentes de tamanho diferentes significavam que eles tinham padrões diferentes de oscilações eletrônicas. A equipe de Masiello calculou que, se os plasmons nanobastões oscilaram com a mesma fase ou fases opostas, eles podiam atingir temperaturas diferentes - contrariando os efeitos da difusão térmica.

p Os grupos de Link e Willets projetaram o sistema experimental e testaram-no com um laser infravermelho próximo aos nanobastões. Eles estudaram o efeito do feixe em dois comprimentos de onda - um para oscilar os plasmons nanorod com a mesma fase, outro para a fase oposta.

p A equipe não conseguiu medir diretamente a temperatura de cada nanobastão em nanoescala. Em vez de, eles coletaram dados sobre como os nanobastões aquecidos e o glicerol ao redor espalharam fótons de um feixe separado de luz verde. A equipe de Masiello analisou esses dados e descobriu que os nanobastões refrataram fótons do feixe verde de forma diferente devido às diferenças em nanoescala de temperatura entre os nanobastões.

p "Esta medição indireta indicou que os nanobastões foram aquecidos a diferentes temperaturas, mesmo que eles estivessem expostos ao mesmo feixe infravermelho próximo e estivessem próximos o suficiente para serem termicamente acoplados, "disse a co-autora Claire West, um candidato a doutorado da UW no Departamento de Química.

p A equipe também descobriu que, alterando o comprimento de onda da luz infravermelha próxima, eles poderiam mudar qual nanorod - curto ou longo - esquentava mais. O laser poderia agir essencialmente como um interruptor "ajustável, "alterar o comprimento de onda para alterar qual nanobastão ficou mais quente. As diferenças de temperatura entre os nanobastões também variaram com base na distância entre eles, mas atingiu 20 graus Celsius acima da temperatura ambiente.

p As descobertas da equipe têm uma gama de aplicações baseadas no controle de temperatura em nanoescala. Por exemplo, cientistas poderiam projetar materiais que controlam fototermicamente reações químicas com precisão em nanoescala, ou canais microfluídicos acionados por temperatura para filtrar minúsculas moléculas biológicas.

p Os pesquisadores estão trabalhando para projetar e testar sistemas mais complexos, como clusters e matrizes de nanobastões. Isso requer modelagem e cálculos mais complexos. Mas, dado o progresso até agora, Masiello está otimista de que esta parceria única entre grupos de pesquisa teórica e experimental continuará a progredir.

p "Foi um esforço de equipe, e os resultados levaram anos para serem feitos, mas funcionou, "disse Masiello.