Nanopartículas e laser barato podem tornar os microscópios 10 vezes melhores

Microscópios extremamente poderosos e baratos podem ser o resultado de uma nova pesquisa que descobriu uma maneira simples de intensificar a luz.

No momento, para ver coisas pequenas como proteínas ou transistores em chips de computador, você precisa de um microscópio eletrônico ou de uma tecnologia ainda mais cara e inconveniente.

Isso dificulta muito a ciência em nanoescala, particularmente na pesquisa médica e na fabricação de chips de computador. Falhas em ver falhas em nanoescala em chips de computador podem custar bilhões de dólares.

Mas a pesquisa publicada na Science Advances, por uma equipe internacional de pesquisadores, chegou a um método que pode levar a uma ampliação muito mais simples.

"Se olharmos sob um microscópio, podemos ver objetos bem pequenos, mas não infinitamente pequenos", diz o autor sênior Dr. Sergey Kruk, pesquisador do Centro de Física Não-linear da Universidade Nacional Australiana (ANU).

"O limite são os comprimentos de onda da luz. Existe uma equação que pode determinar exatamente o menor tamanho que você pode ver em qualquer microscópio em particular, mas, falando de forma mais geral, você pode ver objetos tão pequenos quanto a metade do comprimento de onda da luz."

Precisa de um explicador sobre luz? Leia: O que é luz?

As ondas de luz violeta têm o comprimento mais curto para a luz visível, com um comprimento de onda de cerca de 400 nanômetros (nm). Isso também é chamado de luz visível de alta frequência: quanto maior a frequência, menor o comprimento de onda.

Isso significa que é difícil ver qualquer coisa menor que 200 nm: a maioria das moléculas e todos os átomos são muito menores que isso.

Uma maneira de contornar isso é usar luz não visível, com comprimentos de onda menores.

"Se você usar luz ultravioleta extrema, 100 nanômetros de comprimento de onda, poderá ver algo com cerca de 50 nanômetros de largura", diz Kruk.

Mas obter luz com comprimentos de onda tão curtos não é fácil.

"Não existem fontes naturais de luz ultravioleta extrema, e as fontes artificiais são raras, extremamente volumosas e extremamente caras", diz Kruk.

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"Por exemplo, síncrotrons podem gerar luz ultravioleta extrema. Mas essas máquinas podem ser do tamanho de uma sala ao tamanho de um prédio ou do tamanho de uma pequena cidade. Lasers de elétrons livres podem gerar luz ultravioleta extrema, mas, novamente, esses são configurações muito grandes e muito caras.

"Portanto, o único caminho que, no meu entendimento, conhecemos hoje para obter fontes de luz ultravioleta extrema no tamanho de uma mesa ou caixa de sapatos é um processo chamado geração de alto harmônico. E é isso que tentamos buscar."

Os pesquisadores ainda não estão na luz ultravioleta extrema, mas mostraram que podem transformar fontes de luz de frequência mais baixa em frequências mais altas.

"Começamos com uma fonte de luz convencional, um laser - no nosso caso [luz] infravermelha", diz Kruk.

"Nós lançamos pequenas rajadas de pulsos de luz do laser em uma única nanopartícula. E a nanopartícula gera múltiplos de uma frequência desse laser. Ela gera o dobro da frequência, três vezes a frequência, quatro vezes a frequência, etc. No nosso caso até sete vezes a frequência foi detectada."

O que isso parecia na realidade era invisível, luz infravermelha de baixa frequência tornando-se luz azul visível.

"Pensamos que, se aplicarmos os mesmos princípios a uma configuração em que partimos de uma luz vermelha e multiplicamos a frequência por um fator de sete, isso deve nos levar ao ultravioleta extremo", diz Kruk.

"É um laser comercial, que pode ser bastante compacto e razoavelmente acessível. E então é projetado a partir de uma nanopartícula, que é uma novidade de nossa pesquisa. Nossa equipe projetou e fabricou essas partículas nós mesmos."

Também não há nenhuma razão física para que eles parem em sete multiplicações - esse foi apenas o número mais alto que eles conseguiram detectar com o equipamento que estavam usando.

Em seguida, a equipe tentará chegar à luz ultravioleta extrema, além de ver se consegue demonstrar seu uso na prática.