Amplificando a força da luz para estudar moléculas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/11/2015

Ilustração do funcionamento da técnica de estudo das moléculas por meio da luz. [Imagem: N. Antille/EPFL]

Espalhamento Raman

Quando se trata de estudar moléculas individuais, os cientistas usam uma técnica chamada "espalhamento Raman reforçado por superfície", ou SERS, na sigla em inglês (Surface-Enhanced Raman Scattering).

Em termos simples, a SERS detecta as vibrações dentro dos átomos da molécula iluminada com um laser, que "responde" alterando a cor da luz refletida.

O "reforçado por superfície" refere-se à ação dos plásmons de superfícies, vibrações coletivas de elétrons que permitem lidar com objetos com dimensões muito menores do que o comprimento de onda da luz - e o comprimento da luz de um laser é cerca de mil vezes maior do que uma molécula.

Mas a sensibilidade da SERS é limitada à temperatura ambiente porque as moléculas vibram muito fracamente, o que reduz sua resposta óptica. E congelar as moléculas não é uma alternativa na maioria dos estudos de condições realísticas.

Amplificação dinâmica de ação reversa

Philippe Roelli, da Escola Politécnica Federal de Lausane, na Suíça, superou essa deficiência da técnica usando uma cavidade optomecânica, um dispositivo que explora a interação entre a luz e objetos mecânicos.

• A luz que move a matéria

A chave para superar a fraqueza das vibrações das moléculas foi encontrada numa nova técnica de aproveitamento dos plásmons de superfície, que exercem uma força sobre as vibrações da molécula testada, amplificando suas sacudidas.

"Assim, nós revelamos um mecanismo de reforço não considerado antes: a amplificação dinâmica de ação reversa das vibrações moleculares," escreve a equipe, que determinou as condições exatas necessárias para que esta força induzida pela luz aumente a amplitude das vibrações moleculares.

Aplicações práticas

O trabalho tem aplicações práticas significativas, não apenas nos laboratórios onde a técnica SERS é empregada, mas também em áreas que vão daplasmônica e da computação quântica, até as telecomunicações.

"O estudo abre novas direções de pesquisa no controle das vibrações moleculares com luz, com aplicações potenciais que vão desde a biologia e química até tecnologias quânticas," disse Roelli.

Bibliografia:

Molecular cavity optomechanics: a theory of plasmon-enhanced Raman scattering
Philippe Roelli, Christophe Galland, Nicolas Piro, Tobias J. Kippenberg
Nature Nanotechnology
Vol.: Published onlin
DOI: 10.1038/nnano.2015.264