p Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) desenvolveu uma nova maneira de medir distâncias em nanoescala - um nanômetro sendo um bilionésimo de um metro - usando luz. p Dispositivos que usam luz para ver objetos, como microscópios, têm uma limitação fundamental com base nas leis da física, que é o seu poder de resolução.

p A menor distância que os dispositivos ópticos podem gerar imagens de maneira confiável é igual à metade do comprimento de onda da luz usada, conhecido como "limite de difração".

p O limite de difração é, portanto, acima de 400 nanômetros, cerca de metade do comprimento de onda da luz infravermelha próxima. Isso é cerca de 250 vezes menor que a largura de um cabelo humano (100 mícrons).

p Mas, uma vez que os cientistas estão interessados ​​em observar objetos extremamente pequenos, como vírus e nanopartículas, que variam em tamanho de 10 a 100 nanômetros, uma resolução óptica de 400 nanômetros é insuficiente.

p Atualmente, medições em escala nanométrica são feitas usando métodos indiretos ou não ópticos, como microscopia eletrônica de varredura, que nem sempre são viáveis, pode ser demorado e exigir equipamentos caros para operar.

p Contudo, uma descoberta publicada no jornal Ciência pelo professor Nikolay Zheludev e Dr. Guanghui Yuan da Escola de Ciências Físicas e Matemáticas da NTU descreve um novo método óptico que pode medir os deslocamentos de um nanômetro - a menor distância já medida diretamente, usando luz infravermelha próxima.

p Seus cálculos teóricos indicam que os dispositivos baseados neste método podem, em última análise, medir distâncias até 1/4000 do comprimento de onda da luz, para aproximadamente o tamanho de um único átomo.

p Sua conquista foi realizada usando um filme de ouro de 100 nanômetros de espessura com mais de 10, 000 pequenas fendas são cortadas para difratar a luz do laser e explorar um fenômeno óptico conhecido como "superoscilação".

p O conceito de superoscilação surgiu pela primeira vez na década de 1980 a partir da pesquisa em física quântica de Yakir Aharonov, um físico israelense, e foi posteriormente estendido à óptica e outros campos pelo físico britânico Michael Berry. A superoscilação ocorre quando um "subcomprimento de onda" em uma onda de luz oscila mais rápido do que a própria onda de luz.

p Como funciona

p "Nosso dispositivo é conceitualmente muito simples, "diz o Dr. Yuan, um pós-doutorado no Center for Disruptive Photonic Technologies (CDPT), um centro do Instituto de Fotônica da NTU Cingapura. "O que o faz funcionar é o padrão preciso em que as fendas estão dispostas. Existem dois tipos de fendas dentro do padrão, orientados perpendicularmente uns aos outros. Quando a luz do laser polarizada atinge o filme dourado, ele cria um padrão de interferência contendo recursos extremamente pequenos, muito menor do que o comprimento de onda da luz. "

p Depois que a luz polarizada se dispersa do dispositivo de Zheludev e Yuan, ele produz dois feixes de polarização cruzada:um um "padrão de interferência" superoscilatório contendo uma variação de fase rápida e o outro uma onda de referência para detectar a fase do campo superoscilatório.

p Da fase, é possível calcular o gradiente da superoscilação, ou "vetor de onda local, "que tem uma largura extremamente estreita (400 vezes mais estreita que o limite de difração) e, portanto, pode ser usada como uma régua óptica de alta resolução.

p Um obstáculo que os cientistas da NTU tiveram que superar foi que essas mínimas superoscilações não aparecem na amplitude da onda de luz, mas em sua fase. Para mapear a fase do campo de luz, os cientistas tiveram que desenvolver uma técnica especial que pudesse comparar as intensidades produzidas por diferentes estados de polarização da luz do laser.

p "Esta técnica sensível à fase é uma grande melhoria em relação às tentativas anteriores de usar a superoscilação para medição óptica, "disse o professor Zheludev, Co-Diretor do Instituto de Fotônica da NTU.

p "Métodos anteriores, desenvolvido por nós, bem como por outros, usou uma classe de superoscilações que correspondem a 'pontos quentes' localizados em intensidade. A vantagem dos pontos quentes é que são fáceis de detectar. No entanto, se o objetivo é medir as distâncias mais curtas possíveis, superoscilações de fase são muito mais adequadas, devido ao seu tamanho menor. "

p Aplicações futuras

p Professor Zheludev, que também atua como codiretor do Centro de Pesquisa Optoeletrônica da Universidade de Southampton no Reino Unido, disse que sua descoberta provavelmente encontrará aplicação na indústria:

p "Este método de medição óptica será muito útil no futuro, como na fabricação e controle de qualidade de eletrônicos, onde medições ópticas extremamente precisas são necessárias, e monitorar a integridade dos próprios nano-dispositivos. "

p Seguindo em frente, a equipe tem como objetivo desenvolver uma versão compacta de seus aparelhos utilizando fibras ópticas e comercializar a tecnologia como um novo tipo de régua óptica ultraprecisa, o que seria benéfico para processos de fabricação avançados, como fabricação de semicondutores e dispositivos optoeletrônicos, que são a espinha dorsal da indústria de telecomunicações.