Um quantum dot (QD) é um minúsculo nanocristal que ocupa o espaço de uma dezena de átomos. O pequeníssimo tamanho dos QD confere a eles propriedades físicas diferentes daquelas do material que as compõem. Assim, como os átomos, os quantum dots se distinguem por níveis de energia discretos. A passagem de um nível excitado ao nível fundamental num QD se faz acompanhar, então, da emissão de um pequeno flash luminoso. Os quantum dots, por esse fato, freqüentemente comparados a átomos artificiais, são objeto de estudos nos últimos 20 anos.

Mas se o pequeníssimo tamanho dos quantum dots os coloca sob o foco dos projetores, eles se tornam, assim, até o presente, extremamente difíceis de serem manipulados. Um estudo publicado na prestigiosa revista Nano Letters, por Lene Oddershede, do Niels Bohr Institute, da Universidade de Copenhague (Dinamarca), mostra ser possível capturar um quantum dot, isolado com uma armadilha óptica contínua, de intensidade moderada.

Uma pinça óptica é um feixe laser fortemente focalizado que, em sua utilização habitual, captura micropartículas. Desde Kepler, que descreveu, em 1619, a deformação das caudas de cometas sob o efeito dos raios do sol, sabe-se, de fato, que a luz é capaz de exercer forças e, portanto, de transmitir um pulso. Assim, uma partícula que reflete ou refrata um raio luminoso será submetida a forças eventualmente capazes de deslocá-la. Sob certas condições, a pinça óptica permite constituir uma armadilha óptica onde os corpos são atraídos para regiões de forte intensidade luminosa.

Entretanto, foi necessário esperar o advento do laser para que fosse possível concentrar suficientemente luz em um ponto e exercer forças luminosas intensas para aprisionar uma micropartícula. O problema se complica ainda quando se tratam de nanopartículas. Manipular quantum dots ou outros minúsculos objetos necessita, de fato, de se opor a seu movimento browniano, deslocamento aleatório de todo corpo microscópico imerso em um fluido. Quanto mais o tamanho das partículas consideradas diminui, mais o desafio aumenta, porque a intensidade das forças luminosas aplicadas à partícula diminui ao mesmo tempo em que o movimento browniano se intensifica! Antes da publicação dos trabalhos de Lene Oddershede, estimava-se que seria necessário dispor de um feixe de 20 watts, concentrados sobre um micrômetro quadrado, para poder manipular um quantum dot. Uma tal potência superficial corresponde a 20 terawatts por metro quadrado, ou seja, cerca de 20 milhões de vezes a potência luminosa que se recebe do Sol ao meio dia!

A equipe do Niels Bohr Institute conseguiu manipular um quantum dot com um laser contínuo CW de somente 500 miliwatts. Tal performance abre caminho para a compreensão de propriedades inusitadas dos quantum dots mergulhados em um campo eletromagnético. Oferece, entre outros, conhecimentos inovadores sobre suas características físicas.

Quantum dot sendo capturado pelo feixe de luz.

Créditos: Nano Letters.

A manipulação de quantum dots por pinças ópticas poderia, aliás, dar lugar a múltiplas aplicações. Os pesquisadores podem, por exemplo, servir-se delas para manipular objetos até aqui muito pequenos para serem manipulados individualmente. Assim, as biomoléculas e os motores moleculares, responsáveis pelo movimento das células e pelo transporte intracelular são estudados desde os anos 90 com o auxílio de pinças ópticas. Todavia, o tamanho e a complexidade das biomoléculas as impediam de ser capturadas por feixes luminosos. Os pesquisadores deveriam, assim, ligá-las a uma grande partícula, da ordem de um micrômetro, para manipulá-las, e utilizar um fluorocromo para observá-las. Ligando-as a um quantum dot, atualmente será possível manipulá-las e observá-las simultaneamente.

ADIT, consultado em 07 de fevereiro, 2009 (Tradução - MIA).

Nota do Scientific Editor: o trabalho que deu origem a esta notícia: "Three-Dimensional Optical Control of Individual Quantum Dots", de autoria L. Jauffred, A. C. Richardson e L. B. Oddershede, foi publicado na revista Nano Letters, volume 8, número 10, págs. 3376-3380, 2009, DOI: 10.1021/nl801962f.

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