Iluminando as imperfeições inevitáveis ​​das nanoestruturas

Um novo estudo de uma equipe colaborativa da Universidade de Twente e do e-Science Center em Amsterdã compara a transmissão de luz através de um modelo utópico com uma nanoestrutura 3D real. Essas nanoestruturas são integrais às nossas tecnologias diárias, como smartphones e painéis solares.

A pesquisa foi feita por Lars Corbijn van Willenswaard, Stef Smeets, Nicolas Renaud, Matthias Schlottbom, Jaap van der Vegt e Willem Vos da Universidade de Twente. O artigo está publicado na revista Óptica Expressa.

A abordagem inovadora da equipe usa a própria nanoestrutura 3D real, obtida por meio de imagens precisas de raios X, como entrada para seu estudo óptico. Dessa forma, os pesquisadores puderam comparar diretamente a nanoestrutura real com um modelo idealizado, ou “utópico”. As descobertas revelam que, diferentemente do design ideal, a nanoestrutura real exibe um forte confinamento de luz que está completamente ausente no design utópico.

Previsibilidade do chip

A previsibilidade do dispositivo é crucial para aplicações que vão desde metrologia para fabricação de chips e iluminação inteligente com diodos emissores de luz até observações da atmosfera com nanossatélites. No entanto, não importa quão cara e bem equipada seja a instalação, desvios inevitáveis ​​aparecem durante a nanofabricação.

Duas nanoestruturas feitas consecutivamente nunca são exatamente as mesmas até o nível do posicionamento dos átomos, já que, por exemplo, o equipamento de fabricação varia lentamente no tempo. No final das contas, mesmo que todo o equipamento funcione perfeitamente, a entropia e o caos proíbem que cópias exatas sejam feitas, tornando os dispositivos menos previsíveis.

Novas funcionalidades do dispositivo

A pesquisa da equipe Twente-Amsterdam não apenas aprimora nossa compreensão desses desvios, mas também abre a porta para novas funcionalidades do dispositivo. Vos explica: “Há grandes diferenças entre a estrutura real e a utópica. Por exemplo, onde a estrutura utópica proíbe a entrada de luz, a estrutura real mantém uma alta densidade de energia de luz (veja a figura acima).

“A distribuição real de luz tem um padrão peculiar onde a luz é impedida de sair para a direita, como originalmente projetado. A luz intensa e confinada pode até ser usada para funções completamente novas, como um interruptor óptico ou um sensor.”