Cientistas rompem limite fundamental da transferência de energia sem radiação

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven romperam uma barreira da física ao demonstrar que a transferência de energia sem perda por luz ou calor pode ocorrer a distâncias muito maiores do que se acreditava possível. O feito foi alcançado com minúsculas varetas de ouro e estendeu o alcance do fenômeno de poucos nanômetros para vários milímetros.

De acordo com o portal Phys.org, a descoberta foi publicada na revista Science Advances. O avanço abre caminho para aplicações em comunicação quântica, energia solar e sensores médicos ultraprecisos.

A transferência de energia por ressonância de Förster, conhecida como FRET, funciona apenas entre moléculas extremamente próximas. Na fotossíntese, por exemplo, a luz solar é transportada sem desperdício para os pontos de conversão, mas o efeito se limita a distâncias de alguns nanômetros.

A equipe liderada pelo professor Jaime Gómez Rivas utilizou estados ligados no contínuo, ou BICs, para superar essa restrição. Essas ondas eletromagnéticas permanecem confinadas em uma superfície sem irradiar energia para fora, permitindo o transporte eficiente de energia.

Os cientistas construíram uma plataforma plana com varetas de ouro microscópicas dispostas em padrão preciso sobre vidro. O estado BIC gerado transportou energia por dois milímetros até uma sonda de detecção, sem perdas. O confinamento manteve a energia presa à superfície, evitando emissões ineficientes.

A transferência mostrou-se fortemente direcional, viajando apenas em uma orientação específica. Na direção perpendicular, a energia desapareceu após uma fração do percurso. Essa característica pode ser explorada em dispositivos para controlar o fluxo de energia como em circuitos elétricos.

O experimento funcionou à temperatura ambiente, sem necessidade de guias de onda, fibras ópticas ou resfriamento criogênico. A coerência do estado excitado foi mantida ao saltar de uma vareta para outra, demonstrando a viabilidade prática da técnica.

Os pesquisadores, incluindo o pós-doutorando Jie Ji e o estudante Wouter Holman, estenderam o alcance da FRET para a escala de milímetros pela primeira vez. Sensores ultra-sensíveis capazes de detectar biomoléculas individuais são uma das aplicações imediatas mais promissoras.

A longo prazo, a técnica permite acoplar múltiplas moléculas distantes, formando supermoléculas coerentes. Isso pode revolucionar reações químicas e abrir novas possibilidades em comunicação quântica, coletores de energia solar e dispositivos médicos.

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