p Os engenheiros elétricos da Duke University descobriram que mudar a forma física de uma classe de materiais comumente usados ​​em eletrônica e fotônica de infravermelho próximo e médio - vidros de calcogeneto - pode estender seu uso às partes visível e ultravioleta do espectro eletromagnético. Já usado comercialmente em detectores, lentes e fibras ópticas, Os vidros de calcogeneto podem agora encontrar um lar em aplicações como comunicações subaquáticas, monitoramento ambiental e imagens biológicas. p Os resultados aparecem online no dia 5 de outubro na revista. Nature Communications.

p Como o nome implica, Os vidros de calcogeneto contêm um ou mais calcogênios - elementos químicos como enxofre, selênio e telúrio. Mas há um membro da família que eles deixam de fora:oxigênio. Suas propriedades materiais os tornam uma escolha forte para aplicações eletrônicas avançadas, como comutação óptica, gravação direta a laser ultrapequena (pense em CDs regraváveis ​​minúsculos) e impressão digital molecular. Mas porque eles absorvem fortemente os comprimentos de onda da luz nas partes visível e ultravioleta do espectro eletromagnético, Os vidros de calcogeneto há muito são restritos ao infravermelho próximo e médio com relação às suas aplicações em fotônica.

p "Os calcogenetos têm sido usados ​​no infravermelho próximo e médio há muito tempo, mas eles sempre tiveram essa limitação fundamental de ter perdas em comprimentos de onda visíveis e UV, "disse Natalia Litchinitser, professor de engenharia elétrica e da computação na Duke. "Mas pesquisas recentes sobre como as nanoestruturas afetam a maneira como esses materiais respondem à luz indicaram que pode haver uma maneira de contornar essas limitações."

p Em pesquisas teóricas recentes sobre as propriedades do arsenieto de gálio (GaAs), um semicondutor comumente usado em eletrônica, Colaboradores de Litchinitser, Michael Scalora, do Centro de Aviação e Mísseis CCDC do Exército dos EUA, e Maria Vincenti da Universidade de Brescia, previram que GaAs nanoestruturados podem responder à luz de maneira diferente do que suas contrapartes em massa ou mesmo em filme fino. Devido à forma como os pulsos ópticos de alta intensidade interagem com o material nanoestruturado, fios muito finos do material alinhados um ao lado do outro podem criar frequências harmônicas de ordem superior (comprimentos de onda mais curtos) que podem viajar através deles.

p Imagine uma corda de violão afinada para ressoar a 256 Hertz - também conhecida como dó médio. Os pesquisadores estavam propondo que, se fabricada da maneira certa, essa corda, quando dedilhada, também pode vibrar em frequências uma ou duas oitavas mais altas em pequenas quantidades.

p Litchinitser e seu Ph.D. o estudante Jiannan Gao decidiu ver se o mesmo se aplica aos vidros de calcogeneto. Para testar a teoria, colegas do Laboratório de Pesquisa Naval depositaram um filme de trissulfeto de arsênio com 300 nanômetros de espessura em um substrato de vidro que foi nanoestruturado usando litografia de feixe de elétrons e gravação de íons reativos para produzir nanofios de trissulfeto de arsênio de 430 nanômetros de largura e 625 nanômetros de distância.

p Mesmo que o trissulfeto de arsênico absorva completamente a luz acima de 600 THz - aproximadamente a cor do ciano - os pesquisadores descobriram que seus nanofios estavam transmitindo sinais minúsculos em 846 THz, que está diretamente no espectro ultravioleta.

p "Descobrimos que iluminar uma metassuperfície feita de nanofios criteriosamente projetados com luz infravermelha próxima resultou na geração e transmissão da frequência original e de seu terceiro harmônico, o que foi muito inesperado porque o terceiro harmônico cai na faixa em que o material deveria estar absorvendo-o, "Litchinitser disse.

p Este resultado contra-intuitivo é devido ao efeito da geração de terceiro harmônico não linear e seu "bloqueio de fase" com a frequência original. "O pulso inicial captura o terceiro harmônico e meio que engana o material, fazendo com que ambos passem sem qualquer absorção, "Litchinitser disse.

p Seguindo em frente, Litchinitser e seus colegas estão trabalhando para ver se eles podem projetar diferentes formas de calcogenetos que podem transportar esses sinais harmônicos ainda melhor do que as nano-tiras iniciais. Por exemplo, eles acreditam que pares de longos, afinar, Os blocos semelhantes a Lego espaçados a certas distâncias podem criar um sinal mais forte em ambas as frequências harmônicas de terceiro e segundo. Eles também prevêem que o empilhamento de várias camadas dessas metassuperfícies umas sobre as outras pode aumentar o efeito.

p Se for bem sucedido, a abordagem poderia desbloquear uma ampla gama de aplicações visíveis e ultravioleta para materiais eletrônicos populares e materiais fotônicos de infravermelho médio que há muito tempo foram excluídos dessas frequências mais altas.