29/07/2020
Em um trabalho publicado hoje na prestigiada revista Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-020-2508-1), pesquisadores do Departamento de Física da UFC, em colaboração com Pesquisadores da Alemanha, mostram que cristais formados de pequenas bolinhas de ouro podem se ligar à luz de uma forma nunca antes realizada, de modo a formar um sistema híbrido entre a luz e os elétrons dessas partículas de ouro. A seguinte analogia pode facilitar a compreensão: uma molécula é formada quando a interação entre os átomos que a compõem é maior do que a energia cinética desses átomos. Nessa situação, não há mais sentido em falar do comportamento dos átomos individuais, mas sim da molécula. As propriedades da água não são as propriedades do Oxigênio, nem do Hidrogênio, mas da água! O que acontece então quando a luz interage com os elétrons em partículas metálicas com uma intensidade maior do que tanto a energia associada à luz quanto àquela associada aos elétrons dessas partículas? É essa pergunta que estamos nos tornando capazes de responder.
O referido material corresponde a um empilhamento de nanopartículas de ouro separadas por pequenas moléculas poliméricas. O que torna esses materiais especiais é o fato de se ter conseguido produzir partículas muito pequenas quase idênticas e as empilhar de forma altamente organizada, em uma estrutura periódica e a uma distância muito pequena. Essa combinação de fatores é a fórmula perfeita para viabilizar uma forte interação com a luz. Essa não é a primeira vez que esse nível de interação entre luz e matéria é alcançado pela ciência. O trabalho publicado na Nature, no entanto, além de ter quebrado todos os recordes quanto ao nível de interação atingido, destaca-se pelo fato de isso ter sido efetivado em um material. A maior parte dos estudos realizados nessa área é feita em cavidades óticas e circuitos de supercondutores, sistemas que estão longe de poderem ser reproduzidos fora de um ambiente laboratorial. No trabalho atual, os estudos foram realizados em um material, algo palpável e estável, que pode ser facilmente aplicado em superfícies, empilhado, manuseado, etc. Isso permite tanto a realização de vários experimentos científicos antes inacessíveis, como também abre espaço para que as propriedades interessantes desses sistemas possam ser aplicadas em novas soluções tecnológicas. A descoberta desses materiais é um importante passo para possibilitar o desenvolvimento de computadores fotônicos, que se valem da luz - ao invés de elétrons - para realizar o processamento dos dados.Esses resultados foram obtidos através da colaboração entre os grupos liderados pela Professora Stephanie Reich, da Universidade Livre de Berlin, pelo Professor Florian Schulz, da Universidade de Hamburgo, ambas na Alemanha, e pelo Professor Eduardo Bedê Barros, da Universidade Federal do Ceará.
Photons and plasmons hybridize into polaritons in three-dimensional crystals of plasmonic nanoparticles, leading to deep strong light–matter coupling and the breakdown of the Purcell effect.
