Um feixe laser incidente não é absorvido segundo o estado da molécula, porém tal situação pode ser modificada com a ajuda de um outro raio laser. Eis como escrever e ler uma informação binária. Em suma: é o equivalente óptico de um transistor, mas em escala jamais atingida até aqui. Imagine a optrônica de amanhã e o computador quântico de depois de amanhã...

Substituir os elétrons por fótons tem sido uma pesada busca dos pesquisadores em eletrônica há muitos anos. Os ganhos a atingir são múltiplos, velocidade de funcionamento mais elevada, perda calórica mais baixa, aumento na quantidade de transmissão mais significativas... Utilizando as técnicas da fotônica (que explora as leis da óptica e da física para conduzir ou manipular os raios luminosos) e aquelas da optrônica (equivalente da eletrônica), os engenheiros sabem doravante realizar circuitos eletrônicos "contendo" partes ópticas.

Mas esses não são ainda senão começos balbuciantes. "Quando se compara o estado atual dessa tecnologia (a optrônica) com a eletrônica, estamos hoje num ponto mais próximo das lâmpadas dos anos 1950 que dos circuitos integrados atuais", estima Vahid Sandoghdar, do laboratório de físico química do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (do alemão, ETH). Todavia, ele e seus colegas acabam de levar a optoeletrônica para um grau de miniaturização jamais alcançado, realizando um transistor óptico reduzido a uma única molécula.

Os pesquisadores utilizam essa característica do mundo quântico que faz com que os estados de energia de uma molécula não possam assumir senão certos valores. Uma molécula em um estado de energia baixo (estado fundamental) pode absorver inteiramente uma emissão luminosa (laser) que a atinge passando para um estado de energia superior (estado excitado).

A seguir, um outro raio laser pode liberar essa energia acumulada sob a forma de fótons. O raio incidente parece assim amplificado. É o princípio da emissão estimulada, predito por Einstein, e sobre o qual repousa a técnica do laser (acrônimo de light amplification by stimulated emission of radiation). Eis, portanto, como imaginar um sistema cujo funcionamento é aquele de uma porta lógica, ou seja: de um transistor ou de uma lâmpada da eletrônica dos anos 1950. Um primeiro raio posiciona a molécula em um estado quântico dado, excitado ou não. Um segundo raio laser será a seguir absorvido ou amplificado conforme o estado da molécula.


Um sucesso confinado no laboratório ainda por muito tempo

Esse fenômeno não é explorável a não ser em grande escala. Um laser utiliza um grande volume de matéria para amplificar a luz, logo, um número enorme de moléculas. Vahid Sandoghdar, Jaesuk Hwang e seus colegas conseguiram, eles mesmos, dominá-lo sobre uma única molécula. O preço a ser pago é elevado! De fato, é preciso resfriar o meio a - 272^o C, seja, por volta de 1 kelvin, próximo do zero absoluto. A essa temperatura, tudo se passa como se a molécula oferecesse uma superfície maior face ao raio laser, a tal ponto que ela atinge aquela do diâmetro do feixe. É, por conseguinte, bem mais fácil acertar o alvo...

A experiência, descrita na revista Nature, funcionou. Um primeiro raio laser pode modificar à vontade o estado energético de uma molécula isolada entre dois níveis, alto e baixo. Um segundo feixe incidente será absorvido ou amplificado. Realiza-se, portanto, uma porta lógica, que abre ou fecha a passagem de um feixe de fótons com a ajuda de um outro feixe de fótons.

Visão artística do transistor óptico molecular, representada com o símbolo clássico do transistor usado em eletrônica, que lembra seu princípio. Um sinal de controle (verde) modula um outro sinal (amarelo). Utilizado como porta lógica, um transistor efetua seu controle sim (Y) ou não (N): o sinal modulado passa ou não passa.

Crédito: Robert Lettow/ETH Zurique.

O computador optrônico, sem nenhuma eletrônica, está ainda longe, muito longe. Mas esse tipo de trabalho de laboratório mostra claramente as possibilidades oferecidas. Para os autores, essa realização em escala molecular abre também uma via de pesquisa rumo ao computador quântico, que ocupa numerosos cientistas, no plano teórico e da engenharia. Para as aplicações práticas, teremos que caminhar algumas décadas...

Futura Sciences (Tradução - MIA).

Nota do Scientific Editor: o trabalho que deu origem a esta notícia, de título "A single-molecule optical transistor", de autoria de J. Hwang, M. Pototschnig, R. Lettow, G. Zumofen, A. Renn, S. Götzinger and V. Sandoghdar foi publicado na revista Nature, volume 460, págs. 76-80, julho 2009, DOI: 10.1038/nature08134.


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