Pesquisadores do Centro XPANCEO para Tecnologias Emergentes, trabalhando com o ganhador do Prêmio Nobel, Professor Konstantin Novoselov (Universidade de Manchester e Universidade Nacional de Cingapura), descobriram um comportamento óptico incomum no trissulfeto de arsênico (As2S3), um semicondutor cristalino de van der Waals. Seus resultados mostram que o material pode ser permanentemente alterado pela luz e até mesmo moldado em escala nanométrica usando luz de onda contínua simples (CW). Essa abordagem evita a necessidade de fabricação cara em salas limpas ou sistemas avançados de laser de femtossegundos.
Um conceito-chave por trás desta descoberta é o índice de refração, que descreve quão bem um material curva ou retarda a luz. Materiais com índice de refração mais alto são mais capazes de confinar e guiar a luz dentro do dispositivo. Em alguns materiais, a luz também pode alterar esta propriedade. Esse efeito é chamado de fotorrefração e ocorre quando a exposição à luz altera o índice de refração.
arsénico cristalino2S3esta reação ocorre mesmo sob luz UV de baixa intensidade. O estudo relata mudanças incomumente grandes no índice de refração (até Δn ≈ 0,3), excedendo valores tipicamente observados em materiais fotorrefrativos bem conhecidos, como BaTiO3 ou niobato de lítio3.
Por que a fotorrefração forte é importante para a tecnologia
Os materiais que respondem fortemente à luz desta forma são úteis porque permitem que a funcionalidade óptica seja escrita diretamente no material. A própria luz pode definir como o dispositivo a processa e direciona, em vez de depender de múltiplas etapas mecânicas ou de fabricação.
Esse recurso é importante para muitas tecnologias cotidianas. Ele suporta a criação de estruturas minúsculas que guiam sinais em sistemas de telecomunicações, permite óptica compacta usada em sensores e dispositivos de imagem e permite a formação de recursos semelhantes a hologramas para autenticação e segurança de produtos.
Padrões ópticos em nanoescala e “impressões digitais ópticas”
em como2S3este efeito é particularmente poderoso em escalas muito pequenas. Grandes mudanças no índice de refração permitem a formação de padrões extremamente finos 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 lasers padrão para criar um retrato microscópico monocromático de Albert Einstein num pedaço fino de material, com pontos espaçados apenas 700 nanómetros. Outras experiências mostraram que a tecnologia poderia alcançar resoluções ainda mais refinadas (cerca de 50.000 pontos por polegada, equivalente a 500 nanômetros entre pontos). Os padrões resultantes mostram forte contraste óptico devido a alterações induzidas pela luz no índice de refração, tornando-os fáceis de detectar opticamente.
Materiais movidos a luz e o futuro da fotônica
“A descoberta de novos materiais funcionais, especialmente a família única de cristais de van der Waals, é um motor fundamental que impulsiona todo o campo da fotônica. O desenvolvimento de dispositivos ópticos avançados, como lentes de contato inteligentes avançadas, é um desafio muito complexo que requer uma base sólida na ciência básica dos materiais. Nestes sistemas, os próprios materiais são um componente chave na determinação das possibilidades físicas. ” disse Valentyn Volkov, fundador e diretor de tecnologia do Emerging Technology Research Center.
Cristais em expansão permitem novos componentes ópticos
Além dos padrões, como2S3 Mudanças físicas também ocorrem quando expostas à luz. O material pode se expandir em até 5%, permitindo aos pesquisadores formar estruturas ópticas como microlentes e redes de difração diretamente em sua superfície. Esses recursos são importantes para a construção de guias de ondas de campo amplo para óculos de realidade aumentada e lentes de contato inteligentes.
A capacidade de resposta do material também o torna promissor para uso em circuitos fotônicos e sensores em nanoescala. Juntos, esses recursos representam um grande avanço nas tecnologias de próxima geração para controle e manipulação de luz.
