Uma equipe de pesquisa da McGill desenvolveu uma nova técnica para detectar imperfeições de tamanho nano em materiais. Eles acreditam que esta descoberta levará a melhorias nos detectores ópticos usados ​​em uma ampla gama de tecnologias, de telefones celulares a câmeras e fibras ópticas, bem como em células solares.

Os pesquisadores, liderado pelo professor Peter Grutter do Departamento de Física da McGill, usou microscopia de força atômica para detectar as forças ultrarrápidas que surgem quando a luz interage com a matéria. Em seu jornal, publicado esta semana em PNAS , eles demonstram que as forças que surgem de dois, pulsos de luz atrasados ​​podem ser detectados com precisão de subfemtossegundos (estes são milionésimos de bilionésimo de segundo) e resolução espacial nanométrica em uma ampla gama de materiais.

Técnica aprimorada de uso de luz para detectar imperfeições em materiais

“Para entender e melhorar os materiais, os cientistas normalmente usam pulsos de luz mais rápidos do que 100 femtossegundos para explorar a rapidez com que as reações ocorrem e determinar as etapas mais lentas do processo, "explica Zeno Schumacher, o primeiro autor do artigo que era pós-doutorado no laboratório de Grutter quando a pesquisa foi feita e agora está baseado na ETH Zurique. "O campo elétrico de um pulso de luz oscila a cada poucos femtossegundos e empurra e puxa as cargas e íons de tamanho atômico que compõem a matéria. Esses corpos carregados então se movem, ou polarizar, sob essas forças e é esse movimento que determina as propriedades ópticas de um material. "

Os materiais reais usados ​​nas células solares (também conhecidas como fotovoltaicas) e nos detectores ópticos usados ​​em equipamentos como telefones celulares e câmeras têm muitas imperfeições e defeitos de diferentes tipos que são muito difíceis de caracterizar, já que normalmente têm apenas um nanômetro de tamanho. Além disso, tem sido muito desafiador identificar e estudar os 'pontos quentes' e 'elos fracos' nos materiais que podem desacelerar ou atrapalhar os processos induzidos pela luz porque as técnicas tradicionais para detectar imperfeições são médias em relação às diferenças nas propriedades em uma área maior.

Vendo imperfeições em nanoescala em uma variedade de materiais

A nova técnica desenvolvida pela equipe McGill combina métodos óticos não lineares ultrarrápidos com a alta resolução espacial da microscopia de força atômica. Eles demonstraram que sua técnica funciona em um material óptico não linear isolante (LiNbO ₃ ), bem como um nanômetro de espessura, floco semicondutor bidimensional de disseleneto de molibdênio (MoSe ₂ ), um composto inorgânico usado em microscopia óptica e de varredura.

"Nossa nova técnica é aplicável a qualquer material, como metais, semicondutores e isoladores, "diz Peter Grutter, o autor sênior do artigo. “Vai permitir o uso de alta resolução espacial e temporal para estudar, entender e, finalmente, controlar as imperfeições em materiais fotovoltaicos. Em última análise, deve nos ajudar a melhorar as células solares e os detectores ópticos usados ​​em uma ampla gama de tecnologias. "