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9 de Maio de 2019

Controle da luz na escala nanométrica

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Pesquisa avalia combinação de grafeno e nitreto de boro hexagonal para dispositivos opto-eletrônicos do futuro


A fotônica é a ciência que investiga fenômenos relacionados à luz, como sua geração, transmissão e detecção. Suas aplicações podem ser encontradas nas mais variadas tecnologias que impactam diretamente nosso cotidiano: lasers utilizados em cirurgias, fibras ópticas para a transmissão de dados, e telas de TVs de alta definição e smartphones. Esses avanços são somente possíveis pelo conhecimento profundo da interação da luz com componentes eletrônicos supercompactos.

A mais recente fronteira da fotônica é a produção de dispositivos na escala nanométrica capazes de transmitir informação por meio de sinais de luz, chamados nanofotônicos ou optoeletrônicos. Quando comparados aos já estabelecidos componentes eletrônicos, os novos nanodispositivos serão capazes de transportar um volume maior de informações e de forma mais rápida.

Atualmente, diversos grupos de pesquisa a redor do mundo se dedicam à construção desses dispositivos fotônicos ultrafinos com desempenho extraordinário. No entanto, esse desenvolvimento exige materiais que possuam características adequadas e que sejam também eficientes e baratos.

Um dos materiais de interesse é o grafeno, formado por uma única camada de átomos de carbono obtida a partir de grafite. O grafeno é um condutor com excelentes propriedades que podem ser facilmente alteradas pela aplicação de campos elétricos ou luz. Além disso, diversas outras propriedades estruturais, eletrônicas e óticas interessantes podem ser obtidas ao se combinar o grafeno com outros materiais. Isto acontece porque novas propriedades podem surgir devido a alterações na estrutura eletrônica da interface entre diferentes materiais quando estes são colocados em contato.

Uma dessas combinações em estudo é o sistema formado pelo grafeno em contato com um cristal hexagonal de nitreto de boro (hBN), também com espessura de poucas moléculas. Esse sistema permite o controle do transporte de luz em uma escala nanométrica. Portanto, o conhecimento das propriedades ópticas da estrutura Grafeno-hBN tem papel chave na otimização de tecnologias baseadas em nanofotônica para aplicações diversas.Em busca de uma melhor compreensão da interação entre esses materiais, pesquisadores do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) e colaboradores realizaram um importante avanço no entendimento do transporte de luz em dispositivos ultracompactos baseados em grafeno e hBN.

Na pesquisa, publicada na importante revista Nano Letters [1], foram investigadas as propriedades de confinamento e interação da luz com interfaces e fronteiras internas do dispositivo, em regiões muito menores que um milésimo de milímetro. As observações confirmam a possibilidade de se configurar a direção de propagação da luz, assim como demonstram um controle inédito da atividade eletromagnética destes dispositivos via estimulo elétrico externo. Segundo os pesquisadores, o estudo estabelece sólidas bases para futuros desenvolvimentos de dispositivos nanofotônicos que integrarão equipamentos amplamente utilizados na sociedade.

Esquema da estrutura de Grafeno-hBN e da análise experimental por nanoespectroscopia de infravermelho. Reprodução com permissão de Nano Lett. 2019, 19, 2, 708-715. Copyright 2019 American Chemical Society.

Fonte: Francisco C. B. Maia, Brian T. O’Callahan, Alisson R. Cadore, Ingrid D. Barcelos, Leonardo C. Campos, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Christoph Deneke, Alexey Belyanin, Markus B. Raschke, and Raul O. Freitas, Anisotropic Flow Control and Gate Modulation of Hybrid Phonon-Polaritons, Nano Letters 2019 19 (2), 708-715. DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b03732