Plasmônica: uma área da óptica em ascensão
Na pesquisa básica em física, um dos assuntos de destaque, no momento, é a plasmônica, uma 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.), e tal incidência traz a condição perfeita para se gerar as “ondas de superfície” (*).
Orientado pelo docente do Instituto de Física de São Carlos, Euclydes Marega Júnior, o mestrando Otávio de Brito Silva é um dos estudiosos que tenta entender melhor esse efeito e a formação de tais ondas. Para testar essa antiga 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 bem sucedida, ou seja, para que a geração de plasmons ocorresse, foi necessário que os materiais em contato tivessem índices de refração (**) totalmente diferentes uns dos outros. “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, que é a da luz não poder passar por uma abertura menor do que a de seu comprimento de onda: 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 Otávio.
Embora o termo “plasmônica” tenha surgido há pouco tempo, experiências envolvendo esse tipo de estudo datam da década de 1940, sendo que o principal objetivo do trabalho de Otávio foi reproduzir mais uma prova de equívoco da física óptica clássica.
Através desse novo conceito, algumas novas possibilidades são abertas: é possível construir-se 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 através dessa técnica, será possível detectar quaisquer substâncias (que, num primeiro momento, não são identificáveis), apenas medindo-se seu espectro (****). “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. Imaginando que cada substância possua um espectro único, a luz poderá fazer surgir o espectro específico da substância, permitindo sua identificação”, exemplifica o mestrando.
É claro que tal projeto é ambicioso e ainda não existe, na prática. Mas, os estudos para que a incidência de luz sobre superfícies cada vez menores seja possível continuam a todo vapor, e Otávio é um dos que permanecerá trabalhando para aperfeiçoar tal técnica.
Inclusive, o ineditismo de seu trabalho consiste na maneira com que as fendas metálicas foram feitas: através de feixes de íons. 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.
Todo trabalho de Otávio foi feito através de simulações computacionais e uma vez que sua pergunta central ainda não foi completamente respondida (como é possível a passagem de luz numa abertura menor do que seu comprimento de onda?), ele continuará seus estudos para aperfeiçoar a técnica. E, nesse meio tempo, pesquisadores e leigos aguardam para que mais uma técnica (tipo CSI) saia das telinhas e faça parte de nosso cotidiano.
(*) interação da luz com os elétrons que fazem parte do metal
(**) quando a luz passa de um meio para outro, sua velocidade aumenta ou diminui graças às diferenças de estruturas atômicas das duas substâncias envolvidas
(***) pequenos orifícios feitos pelos quais a luz passará
(****) intensidade de radiação transmitida, absorvida ou refletida em função do comprimento de onda ou frequência da radiação em questão
