Farol de elétrons usa luz para criar e guiar feixes de eletricidade
[Imagem: Yiming Gong]
Eletricidade controlada por luz
Este novo dispositivo permite controlar o fluxo de elétrons através de um semicondutor usando apenas luz laser – sem a necessidade de uma fonte de energia elétrica.
E, embora tenha sido inicialmente construído para explorar a física fundamental e observar um comportamento até então desconhecido, o aparato está abrindo as portas para aplicações em áreas que interligam a óptica com a eletrônica, incluindo sensoriamento, imageamento e telecomunicações.
Embora já tivesse sido demonstrada anteriormente a possibilidade de usar luz para induzir um fluxo de elétrons, o novo projeto experimental vai além e mostra que a luz consegue induzir o fluxo de elétrons em um feixe estreito em uma direção específica. Em outras palavras, a luz não está apenas ligando a corrente elétrica, ela a está controlando e direcionando ativamente.
“Este dispositivo elétrico que fabricamos […] tem o potencial de se tornar algo capaz de medir diferentes aspectos da luz,” disse Yiming Gong, da Universidade de Michigan, nos EUA. “Mas isso se origina de um nível muito fundamental da física, que é a interferência entre diferentes processos de absorção óptica.”
O inesperado é que o fenômeno fundamental permite otimizar a forma como os sinais elétricos são transmitidos através dos componentes semicondutores e entre eles, criando novas oportunidades para armazenar mais informações nesses sinais.
[Imagem: Yiming Gong et al. – 10.1103/3v91-5pzf]
O pequeno chip construído pela equipe permitiu demonstrar que o fluxo ordenado de elétrons através de um semicondutor pode ser iniciado e controlado usando duas cores de luz diferentes. A direção da corrente eletrônica também pode ser controlada, bastando rotacionar a polarização dos dois campos ópticos – a direção em que as ondas de luz oscilam.
Para entender o que está acontecendo, pense em um farol, que projeta um feixe de luz girando sua lâmpada. Aqui, o feixe não é de luz, mas de elétrons, e pode ser rotacionado girando-se a polarização das duas fontes de luz que são usadas para controlar o feixe de elétrons.
O fenômeno se baseia na interferência quântica, que surge quando duas cores de luz conduzem diferentes rotas de absorção para o mesmo estado final. A luz transfere energia para o material semicondutor em pacotes discretos, ou quantizados, chamados fótons, que energizam os elétrons do material, fazendo-os se moverem.
A luz de controle é absorvida por duas vias simultaneamente, e essas vias podem ser consideradas ondulações sobrepostas. Essas ondulações se alinham e se amplificam mutuamente para elétrons que se movem em uma determinada direção, mas se cancelam para elétrons que se movem em outras direções.
“Não é assim que as coisas normalmente funcionam. Quando você pensa em elétrons se movendo através de um material, eles se movem porque você aplicou um campo elétrico e, na verdade, eles ricocheteiam e se deslocam pelo material. Aqui, usando luz, você pode, de fato, direcionar os elétrons em uma direção específica sem aplicar um campo elétrico,” explicou o professor Steven Cundiff.