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Menor nanolaser do mundo é mais fino do que um fio de cabelo

·2 minuto de leitura

Pesquisadores da Universidade Nacional da Austrália desenvolveram lasers microscópicos eficientes e menores do que o comprimento de onda de luz que eles próprios produzem ao serem energizados. Para efeito de comparação, tais lasers são mais finos do que a largura de um fio de cabelo humano.

Chamados de nanolasers, ele são mais poderosos do que os lasers convencionais, podendo ser utilizados em dispositivos de menor escala, como em um chip de computador, em equipamentos cirúrgicos, industriais e militares ou até mesmo na fabricação de impressoras mais precisas e sistemas de vigilância noturna.

“Esses nanolasers podem ser integrados em um circuito eletrônico, o que é importante para a fotônica em nanoescala. Por exemplo, eles podem ser montados diretamente na ponta de uma fibra óptica para iluminar ou operar em um ponto específico dentro de um corpo humano”, explica o professor de física Yuri Kivshar, autor principal do estudo.

Jogo de espelhos

Para modificar os lasers convencionais, que normalmente usam dispositivos de amplificação de luz entre dois espelhos, os pesquisadores utilizaram um truque baseado na descoberta da mecânica quântica, feita pelos cientistas húngaros Eugene Wigner e John von Neumann quase 100 anos atrás.

Esquema da estrutura que retém o vazamento de energia (Imagem: Reprodução/ANU)
Esquema da estrutura que retém o vazamento de energia (Imagem: Reprodução/ANU)

Conforme a luz salta para frente e para trás entre os dois espelhos, ela é amplificada durante cada passagem pelo dispositivo, tornando-se cada vez mais brilhante. No lugar dos espelhos, a equipe criou um equipamento que funciona como fones de ouvido com cancelamento de ruído para reter a energia e evitar que ela escape.

“Nós criamos uma estrutura periódica projetada de forma que os diferentes modos de vibração das ondas de luz se cancelam nas bordas do dispositivo. Essa energia presa pode ser acumulada em um laser forte e bem formado, superando o desafio do vazamento de energia dos nanolasers”, acrescenta Kivshar.

Por acaso

A ideia surgiu enquanto um estudante realizava experimentos com radiação de micro-ondas. Ao analisar os dados, eles descobriram que havia interferência no vazamento de energia em todas as direções e não apenas no sentido de propagação da radiação emitida pelo laser.

Lasers são mais finos que um fio de cabelo (Imagem: Reprodução/ANU)
Lasers são mais finos que um fio de cabelo (Imagem: Reprodução/ANU)

Com isso, eles conseguiram obter o cancelamento dessa radiação conforme o comprimento de onda, ajustando apenas as propriedades da matriz do material utilizado e corrigindo as imperfeições durante o processo de fabricação. O resultado foi um dispositivo quase perfeito, capaz de restringir 99,9% da luz propagada.

“A eficiência do dispositivo foi alta, já que apenas uma pequena quantidade de energia foi necessária para iniciar o brilho do laser. Além disso, atingimos um limite de tamanho 50 vezes menor do que qualquer nanolaser relatado anteriormente. É gratificante desenvolver um dispositivo prático, quase 100 anos após a descoberta do conceito de mecânica quântica”, celebra o professor Yuri Kivshar.

Fonte: Canaltech

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