Pesquisadores controlam propriedades da luz em ligas metálicas
Um estudo coordenado pela física brasileira Marina Leite, da Universidade de Maryland, Estados Unidos, é o destaque de capa da edição de setembro da revista Advanced Optical Materials. Em colaboração com o físico Alexandre Rocha, do Instituto de Física Teórica da Unesp, em São Paulo, e com pesquisadores do Laboratório de Pesquisa do Exército dos Estados Unidos (ARL), em Maryland, Leite e seus colegas em Maryland demonstraram como controlar as propriedades ópticas de uma liga metálica de ouro e prata.
Painéis solares, sensores e lasers menores e mais eficientes que os atuais dispositivos baseados em eletrônica. Essas são algumas das promessas da fotônica, a área de pesquisa dedicada a manipular a propagação da luz em materiais. Quando a luz incide na superfície de um metal, ela pode gerar ondas formadas pelo movimento coletivo dos elétrons no material. Chamadas de plasmons de superfície, essas ondas têm a capacidade de absorver e propagar luz de comprimentos de onda muito menores do que as dimensões do material permitiriam normalmente. Por outro lado, os plasmons também são capazes de emitir luz com comprimentos de onda maiores do que as dimensões do material. Assim, o controle dos plasmons permitiria, por exemplo, a fabricação de painéis solares mais eficientes ou de fontes de luz laser de tamanho nanométrico.
Um obstáculo para esse tipo de tecnologia, segundo Leite, é que existem poucos metais com as propriedades ópticas necessárias para a propagação de plasmons de superfície que interagem com a luz de comprimento de onda visível.
Para eliminar essa limitação das propriedades ópticas dos metais puros, o grupo de Leite vem desenvolvendo novos materiais compostos de metais nobres. Recentemente, Leite e seu aluno recém doutorado, Chen Gong, desenvolveram ligas metálicas compostas com diferentes proporções de ouro, prata e cobre. Eles identificaram como as combinações de metais afetam os plasmons na superfície da liga metálica. Conseguiram assim fabricar ligas metálicas com as propriedades ópticas desejadas.
Agora, no estudo publicado na Advanced Optical Materials, Gong, Leite e seus colaboradores analisaram como os níveis de energia dos elétrons mudam em uma liga metálica de ouro e prata, dependendo da quantidade de cada um dos dois metais na liga. Os pesquisadores observaram a propagação dos elétrons na superfície de filmes finos das ligas metálicas por medidas de espectroscopia fotoelétrica. Essas medidas foram comparadas com cálculos computacionais realizados por Rocha. Ao modelar a estrutura eletrônica das ligas com diferentes proporções de ouro e prata, os pesquisadores conseguiram entender como as variações nos níveis de energia dos elétrons provocadas pela mudança de composição da liga afetam as propriedades de seus plasmons.
"Ao compreender a origem física dessas propriedades ópticas, podemos aprender como criar novos materiais com propriedades otimizadas para aplicações fotônicas específicas", diz Leite. "Este trabalho é um ótimo exemplo da importância de combinarmos experimentos com simulações para acelerar a descoberta de novos materiais."