.
Cientistas financiados pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) demonstraram a capacidade de comprimir, ou “espremer”, a luz infravermelha em 90%. Técnicas anteriores envolvendo cristais volumosos mostraram alguma capacidade marginal de comprimir os comprimentos de onda da luz infravermelha, mas esta nova abordagem é muitas ordens de magnitude mais eficaz, abrindo uma série de aplicações possíveis.
“Demonstramos que podemos confinar a luz infravermelha a 10% de seu comprimento de onda, mantendo sua frequência – o que significa que a quantidade de tempo que leva para um comprimento de onda circular é a mesma, mas a distância entre os picos da onda é muito mais próximos”, explicado Yin Liu, co-autor correspondente do artigo que descreve a descoberta da equipe, e professor assistente de ciência e engenharia de materiais na Universidade Estadual da Carolina do Norte “As técnicas de cristal em massa confinam a luz infravermelha a cerca de 97% de seu comprimento de onda.”
De acordo com Liu, o seu processo, que utiliza membranas de óxido de película fina em vez de cristais, estabeleceu “uma classe totalmente nova de materiais ópticos” que podem controlar a luz em comprimentos de onda infravermelhos, “que tem aplicações potenciais em fotónica, sensores e gestão térmica”. .”
Materiais de perovskita de metal de transição comprimem a luz infravermelha
Para aproveitar a capacidade de comprimir a luz infravermelha, Liu e colegas exploraram o uso de um material conhecido como membranas de perovskita de metal de transição. De acordo com o comunicado de imprensa anunciando a descoberta experimental, o uso desses tipos de materiais para comprimir a luz infravermelha foi teorizado, mas nunca colocado em prática. “Artigos teóricos propuseram a ideia de que as membranas de óxido de perovskita de metal de transição permitiriam que os fônons polaritons confinassem a luz infravermelha”, diz Liu.
Para construir sua própria membrana de perovskita de metal de transição personalizada, a equipe usou deposição de laser pulsado, um processo no qual um pequeno laser é usado para essencialmente “crescer” uma estrutura cristalina a partir do zero.
Neste caso, a equipe usou esse processo avançado para cultivar uma membrana cristalina de titanato de estrôncio (SrTiO3) de 100 nanômetros de espessura em uma câmara de vácuo. Por terem sido cultivados em uma câmara de vácuo usando laser pulsado, os materiais de película fina eram de altíssima qualidade, o que significa que apresentavam poucos defeitos.
Uma vez concluídas, estas películas finas de material foram então removidas dos substratos sobre os quais foram cultivadas e transferidas para a superfície de óxido de silício de um material de substrato de silício. Agora, os investigadores só precisavam do equipamento certo para testar a sua capacidade de comprimir a luz infravermelha.
Espectroscopia Síncrotron de Campo Próximo no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley
De acordo com a pesquisa da equipe, que é Publicados na revista Nature Communications, eles contataram as pessoas que operavam a Fonte de Luz Avançada do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley. Esta instalação especializada está perfeitamente equipada para realizar espectroscopia síncrotron de campo próximo em filmes finos de titanato de estrôncio enquanto os expõe à luz infravermelha. Se a teoria estivesse correta, os filmes mostrariam a incrível capacidade de comprimir dramaticamente os comprimentos de onda da luz infravermelha sem afetar a sua frequência.
Numerosos experimentos foram realizados e, como esperado, o material funcionou extremamente bem. A luz infravermelha não só foi comprimida até 10% do seu comprimento de onda, mas a frequência permaneceu inalterada.
“Este comportamento foi anteriormente apenas teorizado, mas fomos capazes de demonstrá-lo experimentalmente pela primeira vez através da forma como preparamos as membranas de película fina e do nosso novo uso da espectroscopia síncrotron de campo próximo”, diz Ruijuan Xu, co-líder autor do artigo e professor assistente de ciência e engenharia de materiais na NC State.
Na verdade, o processo foi um sucesso tão grande que toda a luz infravermelha ficou confinada no substrato. De acordo com Liu, este controle preciso da luz infravermelha demonstra que as membranas realmente confinam os fótons individuais da luz, ao mesmo tempo que evitam que eles “se estendam além da superfície do material”.
Aplicações para visão noturna e chips de computador de alto desempenho
Embora até agora esses materiais só tenham sido construídos em laboratório, os pesquisadores por trás desse processo dizem que seu método é fácil de replicar. Eles também observam que seu processo cria um material que pode ser facilmente integrado em uma ampla gama de substratos, abrindo seu uso para vários dispositivos eletrônicos e seus subsistemas.
“O trabalho também é interessante porque a técnica que demonstramos para a criação desses materiais significa que os filmes finos podem ser facilmente integrados a uma ampla variedade de substratos”, diz Xu. “Isso deve facilitar a incorporação dos materiais em muitos tipos diferentes de dispositivos.”
Os pesquisadores também afirmam que as propriedades únicas de seu material poderiam ser usadas em tecnologias de visão noturna ou outras tecnologias de imagem que buscam melhorar a resolução de imagens capturadas por sistemas de luz infravermelha. Eles veem aplicações potenciais em chips de computador de alto desempenho, que muitas vezes são desafiados a operar em ambientes de alta temperatura.
“As membranas de película fina mantêm a frequência infravermelha desejada, mas comprimem os comprimentos de onda, permitindo que os dispositivos de imagem capturem imagens com maior resolução”, explicou Liu. “Imagine ser capaz de projetar chips de computador que possam usar esses materiais para liberar calor, convertendo-o em luz infravermelha.”
Christopher Plain é romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciências do The Debrief. Siga e conecte-se com ele no X, conheça seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em christopher@thedebrief.org.
.
