p Engenheiros elétricos da Escola de Engenharia UCLA Samueli desenvolveram uma maneira mais eficiente de converter a luz de um comprimento de onda para outro, abrindo a porta para melhorias no desempenho da imagem, sistemas de detecção e comunicação. p Mona Jarrahi, professor de engenharia elétrica e da computação na UCLA Samueli, Liderou o Nature Communications - pesquisa publicada.

p Encontrar uma maneira eficiente de converter comprimentos de onda de luz é crucial para o aprimoramento de muitas tecnologias de imagem e detecção. Por exemplo, converter a luz de entrada em comprimentos de onda terahertz permite a geração de imagens e detecção em ambientes opticamente opacos. Contudo, as estruturas de conversão anteriores eram ineficientes e exigiam configurações ópticas volumosas e complexas.

p A equipe liderada pela UCLA desenvolveu uma solução para aumentar a eficiência de conversão de comprimento de onda, explorando um fenômeno geralmente indesejável, mas natural, chamado de estados de superfície de semicondutores.

p Os estados de superfície ocorrem quando os átomos da superfície têm um número insuficiente de outros átomos para se ligar, causando uma quebra na estrutura atômica. Essas ligações químicas incompletas, também conhecido como "títulos pendentes, "causam bloqueios de estradas para cargas elétricas que fluem através de dispositivos semicondutores e afetam seu desempenho.

p "Tem havido muitos esforços para suprimir o efeito dos estados de superfície em dispositivos semicondutores sem perceber que eles têm propriedades eletroquímicas únicas que podem permitir funcionalidades de dispositivos sem precedentes, "disse Jarrahi, que lidera o Laboratório de Eletrônica UCLA Terahertz.

p Na verdade, uma vez que essas ligações incompletas criam um campo elétrico interno raso, mas gigante, em toda a superfície do semicondutor, os pesquisadores decidiram aproveitar os estados de superfície para melhorar a conversão do comprimento de onda.

p A luz que entra pode atingir os elétrons na rede semicondutora e movê-los para um estado de energia mais alto, em que ponto eles estão livres para pular dentro da rede. O campo elétrico criado através da superfície do semicondutor acelera ainda mais esses elétrons de alta energia, que então descarregam a energia extra que ganharam ao irradiá-la em diferentes comprimentos de onda ópticos, convertendo assim os comprimentos de onda.

p Contudo, essa troca de energia só pode acontecer na superfície de um semicondutor e precisa ser mais eficiente. Para resolver este problema, a equipe incorporou um arranjo de nanoantena que dobra a luz de entrada para que fique bem confinada em torno da superfície rasa do semicondutor.

p "Por meio dessa nova estrutura, a conversão do comprimento de onda acontece facilmente e sem qualquer fonte extra de energia adicionada conforme a luz que entra atravessa o campo, "disse Deniz Turan, o autor principal do estudo e membro do laboratório de pesquisa de Jarrahi que recentemente se formou com seu doutorado em engenharia elétrica pela UCLA Samueli.

p Os pesquisadores converteram com sucesso e eficiência um 1, Feixe de luz de comprimento de onda de 550 nanômetros na parte terahertz do espectro, variando de comprimentos de onda de 100 micrômetros até 1 milímetro. A equipe demonstrou a eficiência da conversão de comprimento de onda ao incorporar a nova tecnologia em uma sonda de endoscopia que poderia ser usada para imagens detalhadas in vivo e espectroscopia usando ondas terahertz.

p Sem esse avanço na conversão de comprimento de onda, teria exigido 100 vezes o nível de potência óptica para atingir as mesmas ondas terahertz, que as fibras ópticas finas usadas na sonda de endoscopia não podem suportar. O avanço pode ser aplicado à conversão de comprimento de onda óptico em outras partes do espectro eletromagnético, variando de microondas a comprimentos de onda do infravermelho distante.