Pesquisadores do Centro de Pesquisa de Tecnologias Emergentes XPANCEO, trabalhando com o professor ganhador do Prêmio Nobel Konstantin Novoselov (Universidade de Manchester e Universidade Nacional de Cingapura), descobriram o comportamento óptico incomum do trissulfeto de arsênico.2vir3), um semicondutor cristalino de van der Waals. Suas descobertas mostram que este material pode ser permanentemente modificado pela luz e pode até mesmo ser moldado em nanoescala usando luz simples de onda contínua (CW). Essa abordagem evita a necessidade de fabricação cara de salas limpas ou sistemas avançados de laser de femtossegundos.
Um conceito-chave por trás desta descoberta é o índice de refração, que descreve o quanto um material curva ou retarda a luz. Materiais com índice de refração mais alto são melhores para confinar e direcionar a luz dentro do dispositivo. Em certos materiais, a luz também pode alterar esta propriedade. Este efeito, conhecido como fotorrefratividade, ocorre quando a exposição à luz altera o índice de refração.
como cristais2vir3Esta reação ocorre mesmo sob luz UV de baixa intensidade. O estudo relata uma mudança excepcionalmente grande no índice de refração (até Δn ≈ 0,3), que excede os valores normalmente observados em materiais fotorrefrativos bem conhecidos, como o BaTiO.3 ou LiNbO3.
Por que a fotorrefratividade forte é importante para a tecnologia?
Assim, materiais que respondem fortemente à luz são extremamente úteis porque permitem que funções ópticas sejam escritas diretamente no material. Em vez de depender de múltiplas etapas mecânicas ou de fabricação, a própria iluminação pode definir como um dispositivo lida e direciona a luz.
Esse recurso é importante para muitas tecnologias cotidianas. Ele suporta a criação de estruturas em miniatura que direcionam sinais em sistemas de telecomunicações, permite componentes ópticos compactos usados em sensores e dispositivos de imagem e permite a formação de recursos como hologramas usados na autenticação e segurança de produtos.
Padrões ópticos em nanoescala e “impressões digitais ópticas”
como2vir3O efeito é particularmente forte em escalas muito pequenas. Grandes mudanças no índice de refração permitem a formação de padrões muito finos que são incorporados em materiais transparentes. Esses padrões atuam como identificadores ópticos exclusivos que são difíceis de replicar, tornando-os úteis para aplicações antifalsificação e rastreabilidade.
Para demonstrar esta precisão, os investigadores usaram um laser padrão para criar um retrato microscópico monocromático de Albert Einstein num pedaço fino de material, com pontos separados por apenas 700 nanómetros. Outros testes mostraram que a técnica poderia atingir uma resolução ainda mais precisa (~50.000 pontos por polegada, o que corresponde a 500 nanômetros entre pontos). Os padrões resultantes mostram forte contraste óptico devido às alterações do índice de refração induzidas pela luz, tornando-os fáceis de detectar por métodos ópticos.
Materiais condutores de luz e o futuro da fotônica
“A descoberta de novos materiais funcionais, particularmente dentro da família única de cristais de van der Waals, é o motor fundamental que impulsiona todo o campo da fotônica. A criação de dispositivos ópticos avançados, como lentes de contato inteligentes avançadas, é um desafio profundamente complexo que requer uma base sólida nos sistemas fundamentais que definem os fundamentos da ciência dentro desses materiais. Ao identificar cristais naturais com esse nível de sensibilidade que é fisicamente possível, estamos efetivamente fornecendo os blocos de construção necessários para uma nova geração de tecnologias que são movidas inteiramente pela luz, em vez de eletricidade. “, disse Valentin. Volkov, fundador e diretor de tecnologia do Centro de Pesquisa de Tecnologias Emergentes XPANCEO.
Cristais expandidos permitem novos dispositivos ópticos
Além da padronização, ou seja2vir3 A exposição à luz também provoca alterações físicas. O material pode esticar até 5%, permitindo aos pesquisadores fabricar estruturas ópticas como microlentes e redes de difração diretamente em sua superfície. Esses recursos são importantes para a criação de guias de onda de amplo campo de visão usados em óculos de realidade aumentada e lentes de contato inteligentes.
A reatividade do material o torna promissor para uso em circuitos fotônicos e sensores em nanoescala. Juntos, esses recursos representam um passo importante no controle e manipulação da luz para tecnologias de próxima geração.
