Feixes de íons revelam comportamento de ondas de superfície, aponta estudo do IFSC

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Da Assessoria de Comunicação do IFSC 

No Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP, experimentos realizados pelo mestrando Otávio de Brito Silva utilizaram feixes de íons para produzir fendas metálicas e permitir o estudo do efeito e da formação das ondas de superfície, que surgem da interação da luz com os elétrons que fazem parte de um metal. A pesquisa demonstrou que a luz passa por fendas menores que seu comprimento de onda, contrariando um princípio básico da física clássica. A técnica poderá ser utilizada no futuro para detecção de substâncias através da medição da quantidade de radiação transformada, absorvida ou refletida (espectro).

Orientado pelo professor do IFSC, Euclydes Marega Júnior, Brito Silva é um dos estudiosos que tenta entender melhor esse efeito e a formação de tais ondas. Para testar a teoria, ele depositou filmes metálicos (de espessura da ordem de nanômetros) de ouro e prata sobre um vidro e mediu as interações entre a luz e os materiais em questão. “Nos metais, os elétrons estão livres para circular em torno das cadeias atômicas”, explica.

Para que a experiência fosse muito bem sucedida, ou seja, para que a geração de plasmons ocorresse, foi preciso que os materiais em contato tivessem índices de refração totalmente diferentes uns dos outros. Na refração, quando a luz passa de um meio para outro, sua velocidade aumenta ou diminui graças às diferenças de estruturas atômicas das duas substâncias envolvidas. “Essa é uma condição essencial para que uma onda de superfície seja gerada. Do contrário, a experiência não seria possível”, afirma o mestrando.

O objetivo final do experimento é a análise da transmissão de luz através dessas superfícies. Isso porque tal experimento (já realizado há alguns anos por outros estudiosos, mas que utilizaram outros tipos de isolantes e metais) contraria um conceito básico da física clássica. Esta reza que a luz não pode passar por uma abertura menor do que a de seu comprimento de onda e o referido experimento provou o contrário. “Existe um conceito chamado ‘limite de difração’ e diz que se a abertura da fenda for menor que o comprimento de onda da luz, não há passagem de luz. O metal absorve parte da luz, mas, se não houver fenda, 90% será refletido”, explica Brito Silva.

Sensores

Na pesquisa básica em física, um dos assuntos do momento é a plasmônica, área que estuda os efeitos básicos da interação luz-matéria. Os chamados “plasmons” são, justamente, a interação da luz emitida sob um metal que, por sua vez, está depositado sobre um isolante (vidro, plástico etc.). Tal incidência traz a condição perfeita para se gerar as ondas de superfície. Embora o termo “plasmônica” tenha surgido há pouco tempo, experiências envolvendo esse tipo de estudo datam da década de 1940. O principal objetivo do trabalho, portanto, foi reproduzir mais uma prova de equívoco da física óptica clássica.

Por meio desse novo conceito, algumas novas possibilidades são abertas, como a construção de uma lente óptica com várias fendas. A luz, passando para o outro lado, focalizará algum ponto específico. As fendas, por sua vez, podem fazer sensores por meio de tais efeitos de transmissão da luz, graças às ondas de superfície – levando-se em conta, é claro, que todas as condições já mencionadas acima sejam cumpridas.

Imaginando que um sensor seja construído por meio dessa técnica, será possível detectar quaisquer substâncias que, num primeiro momento, não são identificáveis. Bastaria apenas medir o seu espectro, ou seja, a intensidade de radiação transmitida, absorvida ou refletida em função do comprimento de onda ou frequência da radiação em questão.

“Quando um perito, por exemplo, deparar-se com alguma substância que não consiga identificar, uma maneira de solucionar tal problema será realizar a colheita de uma amostra da substância e incidir luz sobre ela”, exemplifica o pesquisador. “Supondo que cada substância possua um espectro único, a luz poderá fazer surgir o espectro específico da substância, permitindo sua identificação.”

O projeto é ambicioso e ainda não existe, na prática. Serão necessárias mais pesquisas para esclarecer em detalhes o mecanismo da passagem de luz por aberturas menores que seu comprimento de onda, e Brito Silva continuará trabalhando para aperfeiçoar a técnica. No IFSC, já existe um Laboratório de Nanofabricação, o qual permite que fendas metálicas sejam feitas pelos feixes de íons, uma maneira mais rápida e simples de produzir as fendas.

Mais informações: (16) 3373-8689

Feixes de íons revelam comportamento de ondas de superfície, aponta estudo do IFSC
Editoria: Ciências - Autor: - Data: 17 de janeiro de 2013

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