Método de impressão 3D revela emissão de luz de nanofios pela primeira vez

A equipe do Dr. Jaeyeon Pyo no Instituto de Pesquisa Eletrotecnológica da Coreia (KERI) se tornou a primeira no mundo a revelar padrões de emissão de luz de nanofios impressos em 3D, que foi publicado como artigo de capa no periódico ACS Nano.

A resolução mais alta em dispositivos de exibição significa mais pixels em um determinado tamanho de tela. Conforme a densidade de pixels aumenta, filmes e imagens são exibidos com maior precisão e detalhes. Nesse sentido, pesquisas em andamento visam fabricar dispositivos emissores de luz menores, da escala micrométrica (um milionésimo de metro) à escala nanométrica (um bilionésimo de metro).

À medida que o tamanho dos dispositivos emissores de luz encolhe para centenas de nanômetros, mudanças peculiares ocorrem na interação luz-matéria, resultando em padrões de emissão significativamente diferentes em comparação com macroestruturas. Portanto, a compreensão da emissão de luz de nanoestruturas é um pré-requisito essencial para a aplicação prática de dispositivos emissores de luz em nanoescala.

A equipe de pesquisa do KERI, dedicada há anos à pesquisa de exibição usando tecnologia de impressão 3D nanofotônica, revelou padrões de emissão de luz altamente direcionais dos nanofios impressos em 3D pela primeira vez no mundo.

Normalmente, é desafiador fabricar uniformemente materiais emissores de luz de tamanhos desejados em locais específicos usando métodos convencionais de deposição química ou física de vapor. No entanto, a tecnologia de impressão 3D da KERI permite o controle preciso do diâmetro por meio da restrição da abertura do bico de impressão, permitindo a fabricação confiável de materiais emissores de luz em locais desejados com uma ampla gama de tamanhos (diâmetro de 1/10.000 de metro a 1/10 milionésimo de metro).

A equipe do Dr. Jaeyeon Pyo observou e mediu experimentalmente padrões de emissão de luz de espécimes fabricados com precisão usando a tecnologia de impressão 3D nanofotônica, variando em tamanho da escala nanométrica à micrométrica. A equipe também conduziu simulações de ondas eletromagnéticas para análise aprofundada e validação cruzada de seus argumentos.

Como resultado, quando o tamanho dos materiais emissores de luz se torna tão pequeno quanto 300 nanômetros de diâmetro, a reflexão interna da luz desaparece devido ao confinamento espacial, levando à propagação direta unidirecional da luz. Consequentemente, o padrão de emissão de luz se torna altamente direcional.

Normalmente, a luz se propaga por diversos caminhos dentro de uma dada estrutura interna, resultando em amplos padrões de emissão como sua superposição. No entanto, em estruturas de nanofios, existe apenas um único caminho, levando ao padrão de emissão altamente direcional observado.

O atributo altamente direcional observado pode melhorar significativamente o desempenho de displays, mídia de armazenamento óptico, dispositivos de criptografia e muito mais. Macroestruturas com padrões de emissão amplos podem sofrer de diafonia óptica quando densamente integradas, fazendo com que os sinais se sobreponham ou fiquem borrados.

Em contraste, nanofios com padrões de emissão altamente direcionais permitem uma separação clara entre sinais de cada estrutura em altas densidades, eliminando distorções na representação ou interpretação. A emissão altamente direcional de nanofios os torna adequados para dispositivos de alto desempenho, como demonstrado experimentalmente pela equipe do KERI.

O Dr. Pyo declarou: “A pesquisa em física óptica na nanoescala é desafiadora, especialmente devido à dificuldade na preparação de espécimes, que geralmente é de alto custo e consome muito tempo. Nossa contribuição demonstra que o método de impressão 3D pode ser uma plataforma versátil para estudar física óptica devido às suas características simples, flexíveis e de baixo custo.”

Ele acrescentou: “Esta pesquisa contribuirá significativamente para as tecnologias de exibição de ponta e para a física quântica, que fazem parte do ‘Plano Nacional de Fomento Tecnológico Estratégico’ da Coreia do Sul”.

A equipe de pesquisa prevê que sua contribuição atrairá interesse significativo nos campos de realidade virtual (AR, VR), projetores de feixe, mídia de armazenamento óptico, circuitos integrados fotônicos, tecnologias de criptografia e impressão de segurança, onde materiais emissores de luz ultrapequenos podem ser utilizados. Eles pretendem continuar investigando vários fenômenos ópticos que ocorrem na nanoescala usando o método de impressão 3D, alavancando sua capacidade de fabricação de forma livre.