Os nanofios, com diâmetros tão pequenos quanto 200 nanômetros (bilionésimos de um metro) e uma mistura de materiais que também se provou eficaz em projetos de células solares de última geração, mostraram produzir muito brilho, luz laser estável. Os pesquisadores afirmam que o excelente desempenho desses minúsculos lasers é promissor para o campo da optoeletrônica, que se concentra na combinação de eletrônicos e luz para transmitir dados, entre outras aplicações.

A luz pode transportar muito mais dados, muito mais rapidamente do que a eletrônica padrão - uma única fibra em um cabo de fibra óptica, medindo menos do que a largura de um fio de cabelo em diâmetro, pode levar dezenas de milhares de conversas telefônicas ao mesmo tempo, por exemplo. E a miniaturização dos lasers para a nanoescala poderia revolucionar ainda mais a computação, trazendo a transmissão de dados à velocidade da luz para desktops e dispositivos de computação portáteis.

"O que é incrível é a simplicidade da química aqui, "disse Peidong Yang, um químico da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab que liderou a pesquisa, publicado em 9 de fevereiro em Proceedings of the National Academy of Sciences . Mais técnicas padrão que produzem nanofios podem exigir equipamentos caros e condições exóticas, como altas temperaturas, e pode sofrer de outras deficiências.

A equipe de pesquisa desenvolveu um processo simples de solução de imersão química para produzir uma mistura automontada de cristais em nanoescala, placas e fios compostos de césio, chumbo e bromo (com a fórmula química:CsPbBr3). A mesma mistura química, com uma arquitetura molecular composta de estruturas cristalinas semelhantes a cubos, também se mostrou eficaz em uma onda emergente de novos designs de células solares de alta eficiência.

"A maior parte do trabalho anterior com esses tipos de materiais concentra-se nessas aplicações de energia solar, "disse Yang, que também possui nomeações na UC Berkeley e no Kavli Energy NanoScience Institute no Berkeley Lab e na UC Berkeley. "Houve muito progresso com esses materiais apenas nos últimos anos - tenho a sensação de que esses materiais abrirão uma nova fronteira de pesquisa para a optoeletrônica também, " ele disse, e no campo mais amplo da fotônica, que se concentra no uso de luz para uma variedade de aplicações.

"Todo o propósito de desenvolver lasers de tamanho nanométrico é fazer a interface de dispositivos fotônicos (baseados em luz) com dispositivos eletrônicos de forma integrada, "Yang disse, "em escalas relevantes para os chips de computador de hoje. Hoje, esses dispositivos fotônicos podem ser volumosos. "

A equipe de pesquisa de Yang foi pioneira no desenvolvimento de lasers de nanofios há quase 15 anos usando uma mistura diferente de materiais, incluindo óxido de zinco (ZnO) e nitreto de gálio (GaN). Mas estes e outros, combinações mais convencionais de materiais usados ​​para fazer nanolasers têm deficiências que podem incluir capacidade de ajuste limitada, baixo brilho ou processos de fabricação caros.

Neste último trabalho, a equipe de pesquisa descobriu como produzir nanofios mergulhando um filme fino contendo chumbo em uma solução de metanol contendo césio, bromo e cloro aquecidos a cerca de 122 graus Fahrenheit. Formou-se uma mistura de estruturas cristalinas de brometo de césio e chumbo, incluindo nanofios com diâmetro de 200 a 2, 300 nanômetros (0,2 a 2,3 mícrons) e um comprimento variando de 2 a 40 mícrons.

Nanofios selecionados usados ​​no experimento foram colocados em uma base de quartzo e excitados por outra fonte de laser que os fez emitir luz. Os pesquisadores descobriram que os lasers de nanofio emitiram luz por mais de 1 bilhão de ciclos após serem atingidos por um pulso ultrarrápido de visível, luz violeta que durou apenas centésimos de quatrilionésimos de segundos, que Yang disse demonstrou notável estabilidade.

Yang disse que é do seu conhecimento que esses nanofios podem ser os primeiros a emitir luz laser usando uma mistura de materiais totalmente inorgânica (sem carbono). Os pesquisadores demonstraram que os lasers de nanofios podem ser ajustados para uma gama de luz, incluindo comprimentos de onda verdes e azuis visíveis.

Os nanofios têm uma estrutura cristalina semelhante à de um mineral natural conhecido como perovskita. Os pesquisadores estudaram sua estrutura com uma técnica conhecida como microscopia eletrônica de transmissão no National Center for Electron Microscopy, parte da Fundição Molecular do Laboratório Berkeley. A Molecular Foundry é um recurso do DOE Office of Science.

A estrutura cristalina dos nanofios é muito parecida com o sal, o que os torna suscetíveis a danos causados ​​pela umidade do ar, Yang disse.

"Esse é um ponto fraco - algo que temos que estudar e entender como melhorar, "disse ele. Pode ser possível revestir os nanofios com polímeros ou outro material para torná-los mais resistentes a danos, ele disse. Também existem oportunidades para testar outros materiais e saber se eles melhoram o desempenho, ele disse, como substituir o chumbo pelo estanho.

Ted Sargent, um pesquisador de nanotecnologia e professor da Universidade de Toronto que está familiarizado com o estudo, disse, "Os resultados indicam uma promessa significativa para nanomateriais de perovskita em lasing." Também, ele disse, a estabilidade dos nanolasers, que foram mostrados para operar no ar por mais de uma hora, foi "impressionante".

Yang disse, "Este campo está evoluindo rapidamente. Acabamos de entrar neste campo há apenas 12 meses, e esses lasers já são incríveis, emissores brilhantes. É tão emocionante. "