Forças quânticas usadas pela primeira vez para montar automaticamente um dispositivo microscópico

Em um novo estudo publicado recentemente na revista Science Advances, cientistas revelaram um dispositivo microscópico de ouro que captura a luz. No processo de montagem do dispositivo, eles usaram duas forças/fenômenos naturais que atuam no nível quântico: a força eletrostática e o efeito Casimir.

Uma imagem de um dispositivo dourado e as forças agindo entre duas placas. © por Betul Küçüköz, et al

O efeito Casimiro é um fenômeno que ocorre quando duas placas neutras (isto é, eletricamente descarregadas) são colocadas muito próximas umas das outras em um vácuo quase perfeito. Hendrik Casimir, que a descobriu em 1948, explica que essas superfícies são atraídas umas pelas outras devido às flutuações nos campos quânticos presentes no vácuo que as separa. Esse "vácuo" contém flutuações temporais nas quais partículas e antipartículas aparecem e desaparecem rapidamente, gerando forças que atuam sobre objetos físicos. Deve-se notar que a força de atração no efeito Casimiro é muito fraca, perceptível apenas em uma escala microscópica.

Em um novo estudo, pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, encontraram uma maneira de explorar esse fenômeno. Eles usaram o efeito Casimir para montar automaticamente a estrutura microscópica. Dessa forma, eles não precisavam manipular fisicamente os componentes do dispositivo em determinados estágios da montagem.

Cavidade de captura de luz

Betul Küçüköz, que liderou o estudo, e seus colegas criaram uma espécie de pequena cavidade dourada para capturar a luz. O dispositivo consiste em duas minúsculas placas triangulares de ouro dispostas em paralelo, entre as quais a luz é refletida, mas não pode escapar facilmente. Esta limitação de luz pode ser usada para melhorar certas propriedades ópticas ou para manter a luz em um pequeno espaço.

Para criar o dispositivo, os pesquisadores usaram uma placa de ouro original que varia em tamanho de 4 a 10 mícrons. Serve como a parede inferior da cavidade. Em seguida, é preso a um pedaço de vidro. A segunda parede não é fixada à mão, mas pelo efeito Casimiro e força eletrostática.

O Efeito Casimiro e a Força Eletrostática

Para criar outra parede triangular da cavidade, os pesquisadores imergiram a primeira placa impressa no vidro em água salgada na qual outras placas de ouro foram imersas. As cargas elétricas na solução criaram forças eletrostáticas que poderiam influenciar e manipular a posição das placas livres. O movimento desses elementos também foi causado pelo efeito Casimir, que os cientistas afirmam ter observado ao microscópio.

Duas forças, o efeito Casimiro e a força eletrostática, eventualmente colocaram a placa livre em movimento, e então alinharam em paralelo com a primeira, que foi fixada ao vidro. No entanto, segundo os cientistas, outras forças indeterminadas podem ter estado envolvidas na montagem do dispositivo.

Küçüköz e sua equipe argumentam que esse método pode permitir uma pequena variação no tamanho da cavidade. A distância entre as duas paredes pode ser entre 100 e 200 nanômetros. Para criar variações, basta alterar a concentração de sal na solução para alterar a intensidade da força eletrostática. Segundo os pesquisadores, também é possível colocar objetos entre as duas placas paralelas, mas isso exigirá mais pesquisas, que a equipe pretende realizar.