Sulfeto de antimônio, ou estibnite (Sb ₂ S ₃ ), foi investigado intensamente nos últimos anos como um material promissor para produtos não tóxicos, células solares ecológicas. Agora é possível fabricar filmes fotovoltaicos finos a partir de uma tinta contendo nanopartículas de estibnita, e nanopadronizar esses filmes para estruturas 2-D e 3-D de praticamente qualquer formato. Tão simples, métodos de produção de baixo custo atendem aos pré-requisitos para uso muito difundido.

Uma vez que a estibnita é um semicondutor eficaz (ou seja, tem um alto coeficiente de absorção e mobilidade do portador), sua nanoestrutura é promissora como um material fotoativável para processamento e computação totalmente óticos de sinais. Petra Groß, pesquisador do Instituto de Física da Universidade de Oldenburg explica, "Iluminação com luz infravermelha próxima, com comprimentos de onda para os quais a estibnita é amplamente transparente, pode resultar em uma mudança ultrarrápida de seu índice de refração. Isso significa que uma superfície padronizada com nanopartículas de estibnita pode permitir que propriedades ópticas como a reflexão da aparência da cor sejam trocadas por um pulso de luz infravermelho. "

Se nanoestruturas de estibnita forem usadas em nano dispositivos comutáveis, alta qualidade óptica é essencial. Um estudo recente publicado em Fotônica Avançada investigou as propriedades ópticas de nanoestruturas de estibnita. O estudo demonstrou que os nanopontos de estibnita podem atuar como guias de onda de alta qualidade óptica. Esta descoberta, junto com as capacidades de estruturação 2-D e 3-D fáceis e propriedades ópticas interessantes, indica forte potencial para nanoestruturas de estibnita como materiais comutáveis ​​para aplicações futuras.

Nanopontos Stibnite

O principal autor do estudo, Jinxin Zhan, atualmente é estudante de doutorado no Laboratório de Fotônica de Campo Próximo do Professor Christoph Lienau na Universidade de Oldenburg. Zhan explica que as imagens do microscópio eletrônico de estibnita indicam uma superfície bastante irregular. Colaborando com pesquisadores da Universidade de Konstanz, Zhan e sua equipe tiveram como objetivo estimar as propriedades ópticas da nanoestrutura de estibnita investigando nanopontos de estibnita (diâmetro de 400 nm) no topo de uma superfície de estibnita.

Zhan diz, "Essa inspeção óptica é difícil. O tamanho das nanoestruturas é geralmente menor do que o comprimento de onda da luz visível, de modo que as medições espectroscópicas são normalmente realizadas apenas em conjuntos de várias nanoestruturas. "

Foco de nanopartícula

Para alcançar a difícil inspeção óptica, Zhan e sua equipe desenvolveram um novo tipo de espectroscopia de campo próximo que permite o estudo óptico de nanopartículas individuais. É baseado em microscopia ótica de campo próximo de varredura do tipo espalhamento (SOM), onde uma sonda de ouro com uma ponta afiada de cerca de 10 nm de raio de curvatura é trazida para perto da superfície da nanoestrutura e digitalizada através dela. A luz espalhada para longe da estrutura pela ponta é coletada por um detector.

Zhan observa, "Usualmente, há uma grande quantidade de luz de fundo presente, que suprimimos modulando a distância ponta-amostra e misturando a luz espalhada com um laser de referência de banda larga. Um monocromador equipado com uma câmera de linha rápida nos permite medir espectros completos em todas as posições durante a varredura raster. "A largura de banda espectral é de 200 nm, e a resolução espacial é de cerca de 20 nm, para que a equipe possa estudar as propriedades ópticas, ou perfis de intensidade resolvidos espectralmente, dentro de nanopontos individuais.

Os mapas resultantes das nanopartículas de estibnita revelaram que elas atuam como alto índice de refração, guias de ondas dielétricas, apesar de sua superfície irregular aparente em estudos estruturais. Zhan explica mais, "Com nosso novo método, vemos perfis de modo nos nanopontos que são muito semelhantes aos perfis de modo de ondas guiadas em fibras ópticas de vidro. Um cálculo mostra que um guia de onda cilíndrico de estibnita com diâmetro de 400 nm deve suportar quatro modos. Uma superposição calculada desses quatro modos de ordem inferior combina muito bem com nossa observação experimental. Esses modos são suportados em toda a largura de banda de 200 nm de nossa medição de espectroscopia de campo próximo. "

Lienau observou que esta nova técnica oferece uma maneira totalmente nova de "ver" quantidades diminutas de nanomateriais e abre a porta para estudar a dinâmica de suas excitações ópticas em escalas de tempo ultrarrápidas. Ele diz, "A técnica espectroscópica desenvolvida por Jinxin Zhan e Petra Groß é excepcionalmente promissora. Já agora, a equipe demonstrou espectroscopia de espalhamento de luz local com resolução de sub-comprimento de onda profunda e alta sensibilidade. Estamos confiantes de que seremos capazes de melhorar ainda mais a resolução espacial para a faixa de poucos nanômetros rapidamente. "