480: Físicos portugueses mostram que é possível apertar a luz até à espessura de um átomo

(dr) ICFO
Aprisionamento da luz entre camadas de dois materiais bidimensionais

Uma equipa internacional que inclui cientistas da Universidade do Minho estabeleceu o recorde no aprisionamento da luz.

A Universidade do Minho integrou uma equipa internacional que “confinou e guiou a luz pela primeira vez” num espaço de “apenas um átomo de espessura”, possibilitando novas aplicações em lasers, sensores e detectores à nano-escala, anunciou a instituição. “É como se metêssemos a Praça do Rossio na Rua da Betesga”, explica o físico e um dos autores do artigo publicado na Science, Nuno Peres.

“Mostrámos que era possível pegar em algo que normalmente tem dimensões muito grandes e conseguir, de uma maneira inteligente, apertá-lo para caber num sítio onde normalmente não cabia”, refere Nuno Peres, citado pelo Público.

Em comunicado, a Universidade do Minho explica que os cientistas do Centro de Física da academia minhota Nuno Peres e Eduardo Dias criaram “uma espécie de lego à escala atómica com materiais 2D”, juntamente com o Instituto de Ciências Fotónicas de Barcelona (ICFO), o Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) e o apoio do Graphene Flagship, num “consórcio com o maior financiamento europeu de sempre”.

A Eduardo Dias, licenciado e mestre em Física pela Fuminho, devem-se “todos os cálculos teóricos desta investigação, sob supervisão científica de Nuno Peres”, sendo que o estudo iniciou-se na sua tese de mestrado e resultou numa “inovação que abre portas a novas aplicações em lasers, sensores e detectores à nano-escala“.

De acordo com a instituição, “o primeiro transístor media um centímetro há 70 anos e, com a evolução, é agora mil vezes menor do que um fio de cabelo“, sendo que “os cientistas tentam reduzir ao máximo o tamanho dos dispositivos que controlam e guiam a luz, pois esta pode ser um canal de comunicação ultra-rápido.

A academia minhota considera que o desafio presente da ciência “é desenvolver técnicas para confinar a luz em espaços milhões de vezes menores do que os actuais”.

Já se sabia que os metais podem comprimir a luz na escala de comprimento de onda, mas com perdas consideráveis de energia. A equipa, coordenada por Frank Koppens, do ICFO, mudou agora o paradigma.

“Construiu um lego nano-óptico formado por uma mono-camada de grafeno (um tipo de carbono), uma mono-capa de nitreto de boro hexagonal (isolador) e, por cima, uma série de hastes metálicas, como se fossem colunas romanas. Usou-se o grafeno porque é capaz de “guiar” oscilações de electrões que interagem fortemente com a luz”, explica o comunicado.

O passo que seguiu baseou-se em enviar luz infravermelha através desse dispositivo, reduzindo até ao limite máximo o espaço entre o grafeno e o metal.

“Com surpresa, a luz continuou a propagar-se de forma livre e eficiente no espaço ocupado por um único átomo, sem perdas de energia, e aplicando uma simples tensão eléctrica, podia-se activar ou desactivar essa propagação”, salienta o texto.

Esta descoberta permitirá aplicações em “novos tipos de lasers, sensores, detectores e interruptores ópticos ultra-pequenos”, além de permitir “explorar a manipulação de luz infravermelha à escala atómica e, ainda, interacções extremas entre a luz e a matéria que antes não eram possíveis”.

Este tipo de sensores são os chamados sensores plasmódicos, já que a radiação apertada chama-se radiação plasmódica. Transportando estas aplicações para a vida real, Nuno Peres diz ao Público que actualmente já existem sensores plasmódicos, como alguns testes de gravidez que usam outros materiais plasmódicos como as nano-partículas de ouro.

Segundo o investigador, “quando entra a proteína certa em contacto com a nano-partícula e ela é iluminada por luz, o sensor vai detectar a presença dessa molécula que está em redor das nano-partículas e vai permitir saber se a substância química associada à gravidez está ou não presente”.

Mas esta luz não é tão apertada como a que se conseguiu agora. “Aqui temos exactamente a mesma coisa, mas a uma escala muito mais pequena”, constata o físico.

Nuno Peres, professor catedrático e vice-presidente da Escola de Ciências da UMinho, venceu, entre outros, os prémios “Gulbenkian Ciência”, “Mérito à Investigação da UMinho” e “Seeds of Science”.

Além disso, é o português cujas publicações científicas são as mais citadas internacionalmente, segundo a Clarivate Analytics.

ZAP // Lusa

Por ZAP
21 Abril, 2018

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331: Um átomo cheio de átomos: Descoberto novo estado físico da matéria

(dr) TU Wien
O electrão (azul) orbita o núcleo (vermelho) e a sua órbita inclui muitos outros átomos do condensado de Bose-Einstein (verde).

Cientistas norte-americanos e austríacos conseguiram provar que, em condições de temperaturas extremas, existe mais um estado físico da matéria: o chamado polarons de Rydberg.

Afinal, não existem apenas quatro estados físicos da matéria. Um estudo, realizado por cientistas norte-americanos e austríacos, revela que, para além do estado sólido, líquido, gasoso e plasma, existe o chamado polarons de Rydberg.

Este estado de matéria é formado a temperaturas ultra-frias, quando um electrão orbita o núcleo a uma distância tão grande que outros átomos acabam ligados dentro da órbita. Todos esses átomos formam um vínculo fraco que gera o polarons de Rydberg.

“Este não é o tipo de coisas que aprendemos nas aulas de física”, afirmou o cientista Thomas Killian, físico da Universidade de Rice, à Gizmodo. “Este é um novo mecanismo que só tem vindo a ser estudado nos últimos cinco anos.”

Através de feixes de lasers, os cientistas arrefeceram alguns átomos do elemento estrôncio a temperatura próximas do zero (-273,15ºC) para obter a condensação de Bose-Einstein, com geometrias especiais e, assim, observar a formação de polarons de Rydberg, considerado o novo estado de matéria.

De seguida, observaram até onde conseguiam afastar o electrão do núcleo desse átomo, criando assim um novo estado de alta energia exótico.

“A distância média entre o electrão e o seu núcleo pode ser tão grande quanto várias centenas de nanómetros”, explicou Joachim Burgdörfer, físico teórico de partículas da TU Wien, na Áustria. Essa distância pode ser até mil vezes maior do que o raio de um átomo de hidrogénio e abrigar até 170 átomos de estrôncio.

O fenómeno condensação e Bose-Einsteins dos átomos só acontece em temperaturas tão baixas que só existiram no início da formação do Universo. Nestas condições, a matéria exibe um comportamento quântico.

Segundo os cientistas, este estudo funciona como uma forma de melhor entender a própria natureza dos átomos que compõem o nosso mundo. Os polarons de Rydberg existem apenas durante alguns micro-segundos, mas este comportamento pode ter implicações importantes.

Este novo e fraco estado da matéria é uma empolgante e nova possibilidade para investigar a física de átomos ultra-frios”, afirma Burgdörfer. O estudo, que dá pistas de como as partículas em temperaturas extremamente baixas interagem entre si, foi publicado na Physical Review Letters.

ZAP //

Por LM
1 Março, 2018

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