Ph.D. o estudante Takuya Yoshimoto segurando um filme de óxido de ítrio de tântalo amorfo. Crédito:Toyohashi University Of Technology
Pesquisadores da Toyohashi University of Technology em colaboração com o Massachusetts Institute of Technology (MIT), desenvolveram um novo material capaz de reter alta transmissividade após tratamento térmico a 850 ° C e aplicaram com sucesso o material a dispositivos ópticos. Os pesquisadores laminaram alternadamente o filme deste material de alto índice de refração e o filme de um material de baixo índice de refração para formar um espelho dielétrico e, em seguida, usaram o espelho para a produção de dispositivos magneto-ópticos. que requer tratamento térmico em altas temperaturas.
Uma pesquisa recente mostrou que a combinação bem conhecida, materiais superiores podem render novos materiais que têm um desempenho bastante aprimorado em comparação com os materiais convencionais. Contudo, combinar diferentes materiais costuma ser um desafio; um material com boas propriedades quando usado sozinho pode causar novos problemas quando combinado com outro material. Os problemas relacionados ao calor estão entre os mais fáceis de entender. Por exemplo, quando um material que requer tratamento térmico em uma determinada temperatura é combinado com outro material que se degrada nessa temperatura, o desempenho do produto resultante é degradado, tornando essa combinação inútil.
Neste estudo, o grupo de pesquisa da Toyohashi University of Technology em colaboração com o Massachusetts Institute of Technology (MIT) laminou alternadamente um material de alto índice de refração e um material de baixo índice de refração para formar um espelho dielétrico e combiná-lo com granada magnética transparente. A granada magnética requer tratamento térmico a cerca de 750 ° C durante a formação, e, portanto, o espelho dielétrico precisa suportar essa temperatura. É bem sabido que o óxido de tântalo 3 , que é amplamente utilizado como um material de alto índice de refração em espelhos dielétricos, cristaliza e perde muito de sua transmissividade a cerca de 700 ° C.
Este estudo usa óxido de ítrio de tântalo amorfo, que foi estudado para uso como um material isolante, como um material de alto índice de refração. O óxido de ítrio de tântalo amorfo é formado pela adição de uma pequena quantidade de óxido de ítrio ao óxido de tântalo, e retém a transmissividade após o tratamento térmico a 850 ° C, tornando-o adequado para combinação com granada magnética. Com esta descoberta, o grupo de pesquisa superou o problema da degradação do desempenho causada pelo tratamento térmico, e conseguiu melhorar o desempenho de um dispositivo integrado composto de um espelho dielétrico e granada magnética em cerca de dez vezes.
Vistas esquemáticas da distribuição atômica / molecular em óxido de tântalo e óxido de ítrio de tântalo amorfo. Mesmo após tratamento térmico em alta temperatura, óxido de ítrio de tântalo amorfo permanece não cristalizado e retém a distribuição aleatória de átomos / moléculas, o que permite que a alta transmissividade seja mantida. Crédito:Toyohashi University Of Technology.
"Usamos óxido de ítrio de tântalo amorfo para formar um espelho dielétrico e o combinamos com granada magnética. diferente de granada magnética, há mais materiais que não foram combinados com espelhos dielétricos por causa do tratamento térmico de alta temperatura necessário. Espero que nossas descobertas ajudem a tornar esses materiais utilizáveis também, "diz o professor assistente Taichi Goto.
O óxido de ítrio de tântalo amorfo contém óxido de tântalo como seu principal constituinte e cerca de 14 por cento de óxido de ítrio. A presença de moléculas de óxido de ítrio entre as moléculas de óxido de tântalo impede a cristalização, resultando em um aumento na temperatura de cristalização para cerca de 850 ° C ou mais. O óxido de tântalo perde sua transmissividade quando cristalizado, mas no estudo a temperatura de cristalização foi aumentada e, assim, a perda de transmissividade do óxido de tântalo foi evitada com sucesso. O estudo fornece um novo material capaz de dar melhor desempenho aos dispositivos ópticos.
"A granada magnética tem uma ampla gama de aplicações, como telas ultrarrápidas, dispositivos de onda de spin, e lasers. O desempenho desses dispositivos pode ser bastante melhorado pela combinação de granada magnética com espelhos dielétricos contendo nosso material de alto índice de refração, "diz Takuya Yoshimoto, um Ph.D. aluno responsável pela preparação da amostra para o estudo.
O novo material, óxido de ítrio de tântalo amorfo, pode ser produzido e estável à temperatura ambiente, e é promissor para futura aplicação em dispositivos de onda giratória, dispositivos laser compactos contendo granada magnética, e assim por diante.
