O borofeno direciona a luz à nanoescala
A equipa de investigação de Kiel observa pela primeira vez a propagação de luz especial em metal atomicamente fino - com potencial para componentes ópticos compactos
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Os microscópios electrónicos investigam-no hoje, amanhã poderá fazer parte dos próprios microscópios: um metal constituído por apenas uma camada atómica dirige a luz através da sua superfície e foca-a num espaço muito pequeno - mesmo em comprimentos de onda visíveis. Uma equipa da Universidade de Kiel (CAU) demonstrou pela primeira vez este efeito no borofeno.
A resposta ótica de uma camada de borofeno é analisada utilizando a espetroscopia de catodoluminescência.
Y. Abdi
Imagem de microscópio eletrónico de varrimento de borofeno numa grelha perfurada de ouro de um microscópio eletrónico de transmissão.
N. Talebi
O metal bidimensional, que é conhecido há menos de dez anos, poderá servir de plataforma para novas interações luz-matéria.
Como são criadas as ondas de luz especiais
A base deste efeito reside numa interação especial entre a luz e os electrões. As ondas de luz combinam-se no material com as oscilações colectivas dos electrões - os plasmões. Isto cria uma "onda híbrida" de luz e matéria. O borofeno apresenta uma forma especial: polaritões hiperbólicos. Propagam-se a velocidades e forças diferentes, dependendo da direção - semelhante aos carros que têm passagem livre na direção norte-sul, mas que têm de circular a 30 km/h na direção este-oeste.
A estrutura atómica do borofeno força os electrões a seguir caminhos favorecidos. Esta dependência direcional, denominada anisotropia, focaliza a luz de forma extrema e controla-a abaixo do limite de difração - mais finamente do que é normalmente possível. Trata-se de uma vantagem decisiva se os sistemas ópticos se tornarem cada vez mais pequenos e precisos.
Para demonstrar o efeito, a equipa de Kiel excitou o borofeno num microscópio eletrónico com feixes de electrões e analisou a luz resultante com uma precisão nanométrica.
O borofeno junta-se a um grupo raro de materiais
Os polaritões hiperbólicos foram observados anteriormente em materiais que operam na gama dos infravermelhos ou dos terahertz. O borofeno, por outro lado, funciona na gama do visível - abrindo assim novas possibilidades para a nanofotónica.
"O borofeno é metálico, atomicamente fino e anisotrópico por natureza", diz o Professor Nahid Talebi do Instituto de Física Experimental e Aplicada da Universidade de Kiel, que liderou o estudo juntamente com o cientista convidado Professor Yaser Abdi. "Estas propriedades fazem dela uma plataforma completamente nova para guiar a luz visível à nanoescala. Podemos controlar a propagação da luz de formas que anteriormente não eram possíveis com outros materiais."
O trabalho lança as bases para tecnologias futuras. As aplicações possíveis incluem componentes fotónicos particularmente compactos, sensores ópticos altamente sensíveis ou métodos de microscopia que ultrapassam o limite de resolução clássico. Como o borofeno funciona na gama do visível, também corresponde aos comprimentos de onda de muitos sistemas de comunicação quântica.
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