Nanotecnologia cria antenas para transmitir informações por luz.

Ondas de comunicação

Em 1887, Henrich Hertz desvendou o funcionamento das ondas eletromagnéticas, lançando por sua vez a primeira onda das comunicações globais. Mais de 120 anos depois, a transmissão de dados sem fios domina o campo das telecomunicações.

Nesse período, a quantidade de informações a ser transmitida aumentou e cresceu exponencialmente também o número de usuários que querem usufruir da tecnologia - virtualmente, cada cidadão na face da Terra.

[Imagem: KIT]

Para acompanhar a demanda, os engenheiros têm explorado frequências de rádio cada vez mais elevadas, de forma a transmitir quantidades cada vez maiores de informações no menor tempo possível.

Há bem menos tempo, os cientistas descobriram que poderiam utilizar também a luz para transmitir ondas de rádio. Mas tropeçaram em uma dificuldade tecnológica: construir antenas capazes de viabilizar o uso dessa nova técnica era, se não impossível, totalmente impraticável.

Nanoantenas ópticas

Entra em campo a nanotecnologia. Agora, finalmente, os cientistas conseguiram fabricar nanoantenas ópticas que poderão abrir novas fronteiras na comunicação sem fios. O feito coube a um grupo de pesquisadores da Universidade do Estado de Baden, na Alemanha.

O componente chave na tecnologia lançada por Hertz é a antena dipolo - uma antena desse tipo no ponto de transmissão e outra no ponto de recepção viabilizou o início de toda a tecnologia da radiotransmissão.

A comunicação entre o transmissor e o receptor alcança a eficiência máxima quando o comprimento total das antenas dipolo corresponde a cerca da metade do comprimento de onda da onda eletromagnética que está sendo transmitida.

Desta forma, a radiotransmissão por meio de ondas de luz, de altíssima frequência, exige antenas que não sejam maiores do que a metade do comprimento de onda da luz. Por exemplo, a luz amarela possui um comprimento de onda de 600 nanômetros, o que exigiria uma antena de, no máxima, 350 nanômetros de comprimento.

A fabricação controlada dessas antenas de transmissão óptica em nanoescala esbarrava em uma dificuldade de ordem física: elas não podem ser fabricadas pelas técnicas tradicionais de exposição óptica devido à característica de onda da própria luz.

Feixes de elétrons

Os pesquisadores alemães resolveram o problema utilizando um processo que emprega feixes de elétrons - a chamada litografia por feixe de elétrons. O método permitiu a fabricação de antenas de ouro com dimensões de até 100 nanômetros.

As nanoantenas funcionam exatamente como as antenas de rádio. Só que estas últimas têm comprimentos de cerca de 1 metro. Desta forma, a frequência recebida pelas nanoantenas é 1 milhão de vezes mais elevada do que a frequência de rádio - ou seja, algumas centenas de GHz, contra os 100 MHz do rádio.

Isto significa que as nanoantenas poderão transmitir informações a taxas extremamente elevadas porque a alta frequência das ondas de luz permite uma modulação extremamente rápida do sinal - na prática, uma aceleração no volume de dados transmitido por um fator de 10.000, utilizando uma potência menor. E a luz na frequência entre 1.000 e 400 nanômetros não tem qualquer efeito nocivo à saúde do homem, dos animais ou das plantas.

Antenas versáteis

E tem muito mais. Enquanto uma antena dipolo faz muito bem o serviço de transmitir e receber ondas de rádio, as nanoantenas ópticas terão inúmeras outras utilidades.

Elas podem ser usadas como emissores de luz com aplicações em comunicação e computação quânticas, já que são capazes de emitir fótons individuais de forma controlada.

Por emitirem luz, elas podem funcionar como "nanolanternas", permitindo estudar biomoléculas individuais sem o risco de danificá-las.

As nanoantenas servirão ainda para a caracterização de nanoestruturas em semicondutores, sensores e circuitos integrados, graças ao seu funcionamento inverso, com alta eficiência na captura da luz.

Os pesquisadores alemães já estão trabalhando na captura eficiente da luz visível por meio das nanoantenas e na focalização dessa luz em pontos com cerca de 10 nanômetros, o que permitirá a otimização das células solares fotovoltaicas.

Bibliografia:

Nanoengineering and characterization of gold dipole nanoantennas with enhanced integrated scattering properties
Matthias D Wissert, Andreas W Schell, Konstantin S Ilin, Michael Siegel, Hans-Jürgen Eisler
Nanotechnology
Vol.: 20 425203 (7pp)
DOI: 10.1088/0957-4484/20/42/425203