Nanoescadas em caracol, construídas por origami de DNA, e orientadas para a direita e para a esquerda, foram diluídas separadamente para demonstrar as possibilidades de manipulação da luz que a técnica oferece.[Imagem: TIM Liedl/LMU]
Manipulação da luz
Cientistas alemães construíram nanoestruturas em formato de escada caracol que conseguem manipular a luz de formas muito específicas.
A aplicação mais imediata da técnica é na construção de sensores extremamente precisos, sensíveis até a moléculas individuais, além de novos tipos de detectores para uso médico e ambiental.
Contudo, o maior benefício deverá ser um novo impulso ao já promissor campo dos metamateriais.
Normalmente as ondas de luz são grandes demais para interagir com nanoestruturas - enquanto seus comprimentos de onda variam entre 400 e 800 nanômetros, as nanopartículas podem ter menos de 10 nanômetros.
Contudo, acoplando diversas nanopartículas, é possível domar essas ondas "gigantescas", modulando-as e, em princípio, fazendo delas o que bem quiser.
O grande problema é construir essas nanopartículas com a precisão necessária e montá-las para que elas façam a interação desejada com a luz.
Origami de DNA com nanopartículas
A saída encontrada por Tim Liedl (Universidade Ludwig-Maximillians) e Friedrich Simmel (Universidade Técnica de Munique) foi usar o origami de DNA.
Essa técnica já foi usada para construir nanorrobôs de DNA, nanotrens de DNA e uma série de nanoestruturas tridimensionais.
Os pesquisadores alemães construíram escadas em caracol que permitem variar com precisão o espaçamento, o tamanho e a composição das nanopartículas, ajustando-as para que elas interajam com a luz de formas muito peculiares.
A nanoescada caracol carrega nove nanopartículas de ouro, e basta variar seu sentido de ascensão para que ela mude completamente sua capacidade de manipulação da luz. [Imagem: TIM Liedl/LMU]
Por exemplo, apenas a variação do sentido da escada - se ela é enrolada para a esquerda ou para a direita - faz com que a estrutura composta por escada e nanopartículas interaja de forma muito diferente com a luz.
Quanto maiores são as nanopartículas usadas, maior é o efeito.
A composição química das partículas também altera o resultado: quando elas são recobertas com prata, a ressonância óptica muda do vermelho para o azul.
Das superlentes à lente perfeita
"Nós vamos agora investigar se podemos usar este método para influenciar o índice de refração dos materiais que construímos. Materiais com um índice de refração negativo podem ser usados para construir novos sistemas de lentes ópticas, as chamadas superlentes," disse o professor Liedel.
Na verdade eles podem, e estão sendo usados, para bem mais do que isso.
Materiais artificiais que interagem com a luz de formas determinadas são mais conhecidos como metamateriais, e estão na base de uma verdadeira revolução de "escudos" para as mais diversas aplicações, de escudos de invisibilidade até escudos contra terremotos e contra tsunamis.
Mais do que isso, já se demonstrou que esses materiais podem ser úteis também para manipular ondas sonoras, calor e até o magnetismo.
Mas, até agora, ninguém havia desenvolvido uma técnica para construir metamateriais com tal precisão, na faixa dos nanômetros, o que poderá otimizar muito esse campo emergente de pesquisas.
Até, quem sabe, passar pelas superlentes e chegar à lente perfeita de Maxwell.
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