A estudante de doutorado Minjeong Cha aplica um gel composto de nanopartículas quirromagnéticas, que são uma conduta para a modulação de luz para um aparelho a laser. Crédito da imagem: Joseph Xu, Escola de Engenharia

ANN ARBOR—”Me ajude, Obi Wan Kenobi. Você é minha única esperança.”

Para aqueles que assistiram o lançamento de Star Wars em 1977, essa cena foi uma primeira introdução aos hologramas – uma tecnologia real que já existia há aproximadamente 15 anos.

Por que então os hologramas ou dispositivos ópticos ainda não são parte do nosso dia a dia?

Em uma palavra: custo. As tecnologias podem ser criadas usando campos magnéticos para alterar o caminho da luz, mas os materiais que podem fazer isso são caros, frágeis e opacos. Alguns só funcionam em temperaturas tão frias como o vácuo do espaço.

Agora, pesquisadores da Universidade de Michigan e da Universidade Federal de São Carlos no Brasil demonstraram que nanopartículas de baixo custo em um gel podem substituir materiais tradicionais por um valor drasticamente reduzido, entre 20 e 300 vezes menor. E mais, sua abordagem funciona a temperatura ambiente.

Isto abre um mundo de possibilidades para o uso de campos magnéticos para modular a luz, com aplicações em sensores de veículos autônomos, comunicação no espaço e redes ópticas sem fio.

Até agora, metais caros e raros, como o europio, o cério e o ítrio, estão sendo utilizados para demonstrar como o caminho, a velocidade e a intensidade dos sinais ópticos ou baseados na luz podem ser controlados com campos magnéticos. Esta capacidade já está em uso comercial em cabos de alta velocidade de fibra óptica na internet. Mas os custos e temperatura dos elementos impediram a utilização da tecnologia.

Uma solução econômica e que funcione em temperatura ambiente poderia permitir a produção em massa de monitores em 3D, projetores holográficos e uma nova geração da tecnologia LIDAR ( da sigla inglesa Light Detection And Ranging). LIDAR, é uma técnica óptica de detecção remota que mede propriedades da luz refletida de modo a obter a distância e/ou outra informação a respeito um determinado objecto distante, é uma das principais tecnologias que dão “visão” a veículos autônomos.

Cha segura um gel composto de nanopartículas quirromagnéticas que são uma conduta para a modulação da luz. Crédito da imagem: Joseph Xu, Escola de Engenharia“Muitas empresas e laboratórios desenvolveram protótipos excitantes usando a tecnologia magneto-óptica,” disse Nicholas Kotok, professor de Engenharia Química da U-M, que liderou o projeto.

“Mas até agora, sua aceitação tecnológica tem sido limitada por causa dos problemas fundamentais com os materiais magneto-ópticos raros. Foi como tentar resolver o quebra-cabeça do Rubik’s Cube. Você obtém uma propriedade certa, mas perde as outras”.

No estudo publicado na Science, em parceria com o professor André Farias de Moura, da UFsCar, os pesquisadores demonstram que poderiam usar nanopartículas com base em óxido de cobalto barato – um semicondutor magnético de cor branca – para controlar a luz torcida usando campos magnéticos. Segundo os pesquisadores, o truque era literalmente torcer as próprias nanopartículas as cobrindo com aminoácidos. A torção poderia ser pela direita ou pela esquerda – uma propriedade chamada quiralidade.

A quiralidade das nanopartículas produziu uma maior sensibilidade ao magnetismo e também fortaleceu as interações com a luz torcida – mais formalmente referida como “luz polarizada circularmente.” Os pesquisadores demonstraram que, ao suspender as nanopartículas em um gel transparente, elástico e à temperatura ambiente, poderiam mudar a intensidade da luz polarizada circularmente aplicando um campo magnético.

“Isso abre o caminho para a ampla proliferação de dispositivos magneto-ópticos com interessantes possibilidades emergentes em monitores 3D e holografia em tempo real – todos usando luz de polarização circular,” disse Kotov. “Além disso, o tamanho minúsculo das nanopartículas permite seu uso na engenharia da computação e na fabricação em larga escala de compósitos magneto-ópticos.”

Estudo
The Kotov Lab