Minúsculas partículas compostas de metais e semicondutores podem servir como fontes de luz em componentes de futuros computadores ópticos, pois são capazes de localizar com precisão e amplificar extremamente a luz laser incidente. Uma equipe da Alemanha e da Suécia liderada pelo Prof. Dr. Christoph Lienau e Dr. Jin-Hui Zhong da Universidade de Oldenburg explicou pela primeira vez como esse processo funciona. O estudo está publicado na edição atual da revista. Nature Communications .

Para seu estudo, a equipe produziu nanomateriais híbridos que combinam as propriedades ópticas de metais e semicondutores. O ponto de partida do estudo foram partículas de ouro em forma de esponja com um diâmetro de várias centenas de bilionésimos de metro (nanômetros) e poros com um tamanho de cerca de dez nanômetros. Os cientistas de materiais Dr. Dong Wang e o Prof. Dr. Peter Schaaf da Universidade Técnica de Ilmenau fabricaram essas nanoesponjas e usaram técnicas de nanofabricação avançadas para revestir as esponjas e infiltrar seus minúsculos poros com uma fina camada de óxido de zinco semicondutor.

As partículas são capazes de mudar a cor de um feixe de luz óptica. Por exemplo, se eles são irradiados com a luz de um laser vermelho, eles podem emitir luz laser azul, que tem um comprimento de onda mais curto. A cor emitida depende das propriedades do material. "A criação dos chamados materiais ópticos não lineares com dimensões em nanoescala é um dos grandes desafios na pesquisa óptica atual, "Relatórios Lienau.

Em futuros computadores ópticos, que pode usar luz em vez de elétrons para cálculos, tais nanopartículas podem servir como pequenas fontes de luz. "Você poderia chamar essas partículas de nanolasers, "acrescenta Zhong, que, juntamente com o Dr. Jan Vogelsang da Lund University, é o principal autor do estudo. As aplicações possíveis incluem interruptores óticos ultrarrápidos ou transistores.

A fim de elucidar como os nanomateriais convertem a luz de uma cor em outra, membros da equipe liderada pela Prof. Dra. Anne L'Huillier e Prof. Dr. Anders Mikkelsen da Lund University na Suécia usaram um método microscópico especial, microscopia eletrônica de fotoemissão ultrarrápida. Combinando flashes de luz extremamente curtos com um microscópio eletrônico, eles foram capazes de mostrar diretamente que a luz é eficientemente concentrada nos nanoporos - um pré-requisito importante para sua aplicação futura.

Prof. Dr. Erich Runge, um físico da Universidade Técnica de Ilmenau, simularam as propriedades do material com modelos teóricos. Conforme a equipe relata, nanopartículas compostas de metais e semicondutores provavelmente oferecem novas oportunidades para ajustar as propriedades da luz emitida. "Nosso estudo fornece novos insights fundamentais sobre como as nanoestruturas híbridas de metal-semicondutor amplificam a luz, "diz Zhong. Além disso, as observações podem ajudar a desenvolver materiais com propriedades ópticas ainda melhores.

O grupo de pesquisa "Ultrafast Nano-Optics" da Universidade de Oldenburg liderado pelo Prof. Dr. Christoph Lienau é especializado no estudo de processos no nanomundo com resolução espacial e temporal particularmente alta. Os físicos já alcançaram vários avanços significativos neste campo. Apenas recentemente, eles desenvolveram superlentes metálicas feitas de ouro com resolução óptica até então inédita.