Luz infravermelha comprimida a um dcimo do seu tamanho

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 12/06/2024

Comprimindo a luz infravermelha

J existem vrias tcnicas para compactar a luz, comprimindo-a abaixo do limite de difrao, e essa miniaturizao da luz est permitindo deslanchar uma srie de reas, incluindo toda a tecnologia fotnica, os processadores de luz e, claro, a computao quntica.

Mas, at agora, ningum havia conseguido “espremer” a luz infravermelha, o mecanismo pelo qual o calor transferido de um objeto para outro distncia, sem a necessidade de contato, como ocorre na transferncia de calor por conduo ou por conveco.

Este feito coube a Ruijuan Xu e colegas da Universidade da Carolina do Norte, nos EUA, que criaram membranas ultrafinas, feitas de xidos, que se mostraram capazes de comprimir a luz infravermelha em uma intensidade muito superior ao que se consegue usando cristais, que so a tcnica bsica para o confinamento da luz infravermelha, mas que no fazem um servio bom o suficiente para efeitos prticos.

A inovao promete viabilizar toda uma nova gerao de tecnologias de imagens infravermelhas – ou de viso noturna -, alm de novas ferramentas para retirar o calor dos chips, por exemplo.

“Este trabalho estabelece uma nova classe de materiais pticos para controlar a luz em comprimentos de onda infravermelhos, o que tem aplicaes potenciais em fotnica, sensores e gerenciamento trmico,” disse o professor Yin Liu, coordenador da equipe. “Imagine ser capaz de projetar chips de computador que possam usar esses materiais para liberar calor, convertendo-o em luz infravermelha.”

“O trabalho tambm empolgante porque a tcnica que demonstramos para a criao desses materiais significa que os filmes finos podem ser facilmente integrados a uma ampla variedade de substratos,” destacou Xu. “Isso deve facilitar a incorporao dos materiais em muitos tipos diferentes de dispositivos.”

A queda do comprimento de onda dramtica.
[Imagem: Ruijuan Xu et al. – 10.1038/s41467-024-47917-x]

Como comprimir a luz

Os pesquisadores trabalharam com cristais de perovskita de metais de transio. Especificamente, eles usaram deposio de laser pulsado para cultivar uma membrana cristalina de titanato de estrncio (SrTiO₃) com 100 nanmetros de espessura em uma cmara de vcuo, gerando filmes finos com poucos defeitos. Estas pelculas finas foram ento removidas do substrato em que foram cultivadas e colocadas em uma superfcie de xido de silcio., mostrando que a tcnica compatvel com toda a tecnologia da microeletrnica

Quando a luz infravermelha atinge esse material, entram em ao partculas e quasipartculas que se tornam as responsveis pela compactao da luz. Fnons e ftons so formas pelas quais a energia viaja atravs e entre os materiais. Os fnons so essencialmente as ondas de energia causadas pela vibrao dos tomos. Os ftons so essencialmente ondas de energia eletromagntica. Voc pode pensar nos fnons como unidades de energia sonora, enquanto os ftons so unidades de energia luminosa. A mgica da compactao da luz ocorre que ambos so intermediados por polaritons, que so quasipartculas que ocorrem quando um fton infravermelho acoplado a um fnon “ptico” – ou seja, um fnon que pode emitir ou absorver luz.

“Ns demonstramos que podemos confinar a luz infravermelha a 10% do seu comprimento de onda, mantendo a sua frequncia – o que significa que a quantidade de tempo que leva para um comprimento de onda circular a mesma, mas a distncia entre os picos da onda muito mais prxima. As tcnicas de cristal em massa confinam a luz infravermelha a cerca de 97% do seu comprimento de onda,” disse Xu.

Com o comprimento de onda muito mais curto torna-se possvel alcanar um novo patamar de miniaturizao dos dispositivos projetados para lidar com a luz infravermelha, colocando tudo dentro de chips, seja para pegar o calor e envi-lo para fora, seja para receber essas ondas de calor e gerar imagens.

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