domingo, 11 de setembro de 2011

Físicos transformam um único átomo em um espelho

Transístor óptico

Além do menor espelho do mundo, cientistas já criaram um espelho para átomos. Mas agora eles fizeram algo mais: eles transformam um único átomo em um espelho. O avanço pode permitir a construção de um transístor de luz em escala atômica, ultra-rápido e com um consumo mínimo de energia. E os pesquisadores afirmam que o átomo-espelho é uma boa notícia para os esforços mais amplos para diminuir os componentes ópticos até a escala nanométrica.

Interferômetro

Gabriel Hétet e Rainer Blatt, da Universidade de Innsbruck, na Áustria, começaram com um dispositivo chamado interferômetro Fabry-Perot, que normalmente consiste de dois espelhos frente a frente. A luz de um laser é disparada na parte de trás de um dos dois espelhos - ainda assim, alguns fótons conseguem atravessar o espelho, entrando na "cavidade" entre os espelhos, onde ficam refletindo de um lado para o outro entre os dois espelhos. Como os espelhos não são perfeitos, uma parte dos fótons perde-se cada vez que batem em cada espelho, acabando por atravessá-los.

Espelho atômico

Os pesquisadores então substituíram o segundo espelho por um único átomo - na verdade, um íon de bário. Para focalizar a luz sobre o átomo e coletar os fótons que se refletem nele, eles colocaram uma lente de 1,5 centímetro de largura entre o átomo e o espelho. Para manter o íon quieto, eles o capturaram em uma armadilha eletrônica e usaram outro raio laser para resfriá-lo, para que ele não balance mais de 20 nanômetros a partir do centro da armadilha. Finalmente, eles ajustaram o comprimento de onda da luz que entra no interferômetro para que ela pudesse excitar o íon, fazendo-o passar de um estado de baixa energia para um de maior energia. Sem essa interação, o átomo não conseguiria afetar a luz. Na verdade, o átomo efetivamente reflete menos de 1% da luz que o atinge.

Transístor totalmente óptico

Então, para o que serve esse espelho tão minúsculo e aparentemente não muito eficiente? Em princípio, ele ajuda a estender uma abordagem teórica conhecida como cavidade quântica eletrodinâmica. Essa cavidade pode mudar o vácuo para permitir que somente determinados estados quânticos da luz existam entre seus espelhos - aqueles com os comprimentos de onda desejados. De forma mais prática, com uma lente melhor para aumentar a refletividade efetiva do átomo, o dispositivo pode ser usado para construir uma versão óptica de um transístor eletrônico. "Pode-se pensar em mover o espelho para fazer o átomo transmitir ou refletir a luz, o que poderia torná-lo um transístor de luz," disse Hétet. Mas há uma possibilidade melhor: usar um único fóton de um terceiro laser para alterar o estado interno do átomo e controlar sua refletividade. Assim seria possível obter um transístor totalmente óptico, sem necessidade de movimentar o espelho. Este é o próximo objetivo dos pesquisadores, embora Kurtsiefer alerte que "esta será a parte mais difícil".

Fonte: Inovação Tecnológica

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