Se você vai quebrar uma regra com estilo, certifique-se de que todos a vejam. Esse é o objetivo dos engenheiros da Rice University que esperam melhorar as telas para realidade virtual, displays 3D e tecnologias ópticas em geral.
Gururaj Naik, professor associado de engenharia elétrica e de computação na Escola de Engenharia George R. Brown de Rice, e a aluna do Programa de Pós-Graduação em Física Aplicada, Chloe Doiron, encontraram uma maneira de manipular a luz em nanoescala que quebra a regra de Moss, que descreve uma troca entre a absorção óptica de um material e como ele refrata a luz.

Aparentemente, é mais uma diretriz do que uma regra real, porque existem vários semicondutores "super-mossianos". O ouro de tolo, também conhecido como pirita de ferro, é um deles.

Para seu estudo em Materiais Ópticos Avançados , Naik, Doiron e o co-autor Jacob Khurgin, professor de engenharia elétrica e de computação da Universidade Johns Hopkins, descobriram que a pirita de ferro funciona particularmente bem como um material nanofotônico e pode levar a telas melhores e mais finas para dispositivos vestíveis.

Mais importante é que eles estabeleceram um método para encontrar materiais que superam a regra de Moss e oferecem propriedades úteis de manuseio de luz para monitores e aplicativos de detecção.

"Na óptica, ainda estamos limitados a poucos materiais", disse Naik. "Nossa tabela periódica é muito pequena. Mas há tantos materiais que são simplesmente desconhecidos, só porque não desenvolvemos nenhuma ideia de como encontrá-los."

"Isso é o que queríamos mostrar:há física que pode ser aplicada aqui para selecionar os materiais e, em seguida, nos ajudar a procurar aqueles que podem nos levar a quaisquer que sejam as necessidades industriais", disse ele.

"Digamos que eu queira projetar um LED ou um guia de ondas operando em um determinado comprimento de onda, digamos 1,5 micrômetros", disse Naik. "Para este comprimento de onda, quero o menor guia de ondas possível, que tenha a menor perda, o que significa que pode confinar melhor a luz."

Escolher um material com o maior índice de refração possível nesse comprimento de onda normalmente garantiria o sucesso, de acordo com Moss. "Esse é geralmente o requisito para todos os dispositivos ópticos em nanoescala", disse ele. "Os materiais devem ter um bandgap ligeiramente acima do comprimento de onda de interesse, porque é aí que começamos a ver menos luz passando."

"O silício tem um índice de refração de cerca de 3,4 e é o padrão ouro", disse Naik. "Mas começamos a perguntar se poderíamos ir além do silício para um índice de 5 ou 10."

Isso levou à busca por outras opções ópticas. Para isso, eles desenvolveram sua fórmula para identificar dielétricos super-mossianos.

"Neste trabalho, damos às pessoas uma receita que pode ser aplicada ao banco de dados de materiais disponíveis publicamente para identificá-los", disse Naik.

Os pesquisadores estabeleceram experimentos com pirita de ferro depois de aplicar sua teoria a um banco de dados de 1.056 compostos, pesquisando em três faixas de bandgap aqueles com os maiores índices de refração. Três compostos junto com a pirita foram identificados como candidatos super-mossianos, mas o baixo custo e o longo uso da pirita em aplicações fotovoltaicas e catalíticas a tornaram a melhor escolha para experimentos.

“O ouro de tolo tem sido tradicionalmente estudado em astrofísica porque é comumente encontrado em detritos interestelares”, disse Naik. "Mas no contexto da ótica, é pouco conhecido."

Ele observou que a pirita de ferro foi estudada para uso em células solares. "Nesse contexto, eles mostraram propriedades ópticas nos comprimentos de onda visíveis, onde há realmente perdas", disse ele. “Mas isso foi uma pista para nós, porque quando algo é extremamente com perdas nas frequências visíveis, provavelmente terá um índice de refração muito alto no infravermelho próximo”.

Então o laboratório fez filmes de pirita de ferro de grau óptico. Testes do material revelaram um índice de refração de 4,37 com um band gap de 1,03 elétron-volt, superando em cerca de 40% o desempenho previsto pela regra de Moss.

Isso é ótimo, disse Naik, mas o protocolo de busca pode – e provavelmente irá – encontrar materiais ainda melhores.

"Há muitos candidatos, alguns dos quais nem sequer foram feitos", disse ele. + Explorar mais

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