A evolução do laser – Spaser, o laser nanométrico

Uma fonte de luz laser é imprescindível para o

funcionamento de circuitos nanofotônicos, que têm grande potencial para

servir de base a tecnologias e computadores no futuro. Mas os lasers

atuais não podem ser fabricados com dimensões pequenas o suficiente

para serem integrados a chips eletrônicos.

Pesquisadores

norte-americanos acabam de superar o obstáculo utilizando, no lugar dos

fótons que formam a luz, nuvens de elétrons conhecidas como plásmons de

superfície para criar pequenos dispositivos batizados como spasers.

A descoberta foi detalhada em artigo publicado no domingo

(16/08/2009) na edição on-line da revista Nature. O trabalho foi

realizado por cientistas das universidades de Purdue, Estadual de

Norfolk e de Cornell, nos Estados Unidos.

Nanofotônica

A nanofotônica pode viabilizar, segundo os pesquisadores, uma série

de avanços radicais, incluindo poderosas “hiperlentes” – resultando em

sensores microscópios dez vezes mais poderosos do que os atuais e

capazes de observar objetos tão pequenos quanto o DNA –, coletores

solares mais eficientes ou computadores e produtos eletrônicos que

utilizam a luz em vez de sinais eletrônicos para processar a informação.

“No artigo, demonstramos a viabilidade do componente mais crítico –

o nanolaser –, essencial para que a nanofotônica se torne uma aplicação

tecnológica prática”, disse um dos autores, Vladimir Shalaev, professor

de Engenharia Elétrica e da Computação da Universidade de Purdue.

Os nanolasers com base no spaser criados pelos pesquisadores

consistem em esferas de 44 nanômetros (bilionésimos de metro) de

diâmetro. Mais de um milhão delas poderiam caber dentro de um único

glóbulo vermelho.

As esferas foram fabricadas na Universidade de Cornell, enquanto as

universidades de Norfolk e Purdue realizaram a caracterização óptica

necessária para determinar se os dispositivos se comportavam como

lasers.

A descoberta confirma o trabalho realizado pelos físicos David

Bergman, da Universidade de Tel Aviv (Israel), e Mark Stockman, da

Universidade Estadual da Geórgia (Estados Unidos), que propuseram o

conceito de spaser em 2003.

“Esse trabalho representa um marco importante que pode vir a ser o

início de uma revolução na nanofotônica, com aplicações em imageamento

e sensores em escalas muito menores que o comprimento de onda da luz

visível”, disse Timothy Sands, diretor do Centro Birck de

Nanotecnologia do Parque Tecnológico de Purdue.

Evolução do laser

Os spasers contêm um núcleo de ouro envolto em uma câmara de

material semelhante a vidro cheia com um corante verde. Quando uma luz

é direcionada às esferas, plásmons gerados pelo núcleo de ouro são

amplificados pelo corante. Os plásmons são então convertidos em fótons

de luz visível, que são emitidos como um laser.

Spaser é uma sigla em inglês para “amplificação de plásmon de

superfície por emissão estimulada de radiação”. Para atuar como lasers,

os dispositivos exigem um sistema de feedback que faz com que os

plásmons de superfície oscilem para frente e para trás, de forma a

ganhar força e poder ser emitidos como luz.

Os lasers convencionais são limitados em relação ao tamanho mínimo

com que podem ser fabricados, porque para os fótons esse componente de

feedback, chamado ressonador óptico, precisa ter pelo menos a metade do

tamanho do comprimento de onda da luz laser.

Os pesquisadores, no entanto, superaram esse obstáculo usando os

plásmons de superfície no lugar dos fótons, o que lhes permitiu criar

um ressonador de 44 nanômetros de diâmetro, ou com menos de um décimo

do tamanho dos 530 nanômetros do comprimento da onda emitida pelo

spaser.

“No momento em que vamos comemorar os 50 anos da invenção do laser,

talvez tenhamos conseguido um avanço radical para as tecnologias

laser”, disse Shalev. O primeiro trabalho sobre laser foi publicado em

1960.

De acordo com os cientistas, trabalhos futuros poderão envolver a

criação de um nanolaser com base em spasers que utiliza uma fonte

elétrica em vez de uma fonte luminosa – o que iria tornar o dispositivo

mais prático para aplicações em computadores e na indústria eletrônica.

O artigo Demonstration of Spaser-based nanolaser, de Mikhail Noginov e outros, pode ser lido por assinantes da Nature em www.nature.com.