Uma equipe de pesquisadores chineses usou uma nova teoria para inventar um novo tipo de cristal óptico ultrafino com alta eficiência energética, estabelecendo as bases para a tecnologia laser de próxima geração.



O professor Wang Enge, da Escola de Física da Universidade de Pequim, disse recentemente à Xinhua que o nitreto de boro twist (TBN) feito pela equipe, com espessura de nível de mícron, é o cristal óptico mais fino atualmente conhecido no mundo. Comparado com cristais tradicionais da mesma espessura, sua eficiência energética aumenta de 100 a 10.000 vezes.

Wang, também acadêmico da Academia Chinesa de Ciências, disse que esta conquista é uma inovação original da China na teoria dos cristais ópticos e criou um novo campo de fabricação de cristais ópticos com materiais bidimensionais de película fina de elementos leves.

Os resultados da pesquisa foram publicados recentemente na revista Physical Review Letters .

O laser é uma das tecnologias subjacentes à sociedade da informação. Os cristais ópticos podem realizar as funções de conversão de frequência, amplificação paramétrica e modulação de sinal, para citar alguns, e são as partes principais dos dispositivos a laser.

Nos últimos 60 anos, a pesquisa e o desenvolvimento de cristais ópticos foram guiados principalmente por duas teorias de correspondência de fases propostas por cientistas nos Estados Unidos.

No entanto, devido às limitações dos modelos teóricos tradicionais e dos sistemas de materiais, os cristais existentes têm lutado para atender aos requisitos futuros para o desenvolvimento de dispositivos a laser, como miniaturização, alta integração e funcionalização. O desenvolvimento da tecnologia laser de nova geração precisa de avanços na teoria e nos materiais dos cristais ópticos.

Wang Enge e o professor Liu Kaihui, diretor do Instituto de Matéria Condensada e Física de Materiais da Escola de Física da Universidade de Pequim, lideraram a equipe no desenvolvimento da teoria de correspondência de fase de torção, a teoria de correspondência de terceira fase baseada na luz- sistema de material de elemento.

"O laser gerado por cristais ópticos pode ser visto como uma coluna de indivíduos marchando. O mecanismo de torção pode tornar a direção e o ritmo de todos altamente coordenados, melhorando muito a eficiência de conversão de energia do laser", explicou Liu, que também é vice-diretor do Instituto Interdisciplinar de Materiais Quânticos de Elementos Leves no Centro Nacional de Ciência Abrangente de Beijing Huairou.

A pesquisa abriu um novo modelo de design e sistema de materiais e realizou a inovação original de toda a cadeia, desde a teoria óptica básica até a ciência e tecnologia de materiais, disse ele.

"A espessura do cristal TBN varia de 1 a 10 mícrons. A espessura dos cristais ópticos que conhecíamos antes é principalmente do nível de um milímetro ou mesmo centímetro", acrescentou Liu.

A tecnologia de produção de TBN está agora solicitando patentes nos Estados Unidos, Grã-Bretanha, Japão e outros países. A equipe fez um protótipo de laser TBN e está desenvolvendo tecnologia laser de nova geração com empresas.

"O cristal óptico é a pedra angular do desenvolvimento da tecnologia laser, e o futuro da tecnologia laser é determinado pela teoria do design e pela tecnologia de produção de cristais ópticos", disse Wang.

Com tamanho ultrafino, excelente potencial de integração e novas funções, espera-se que o cristal TBN alcance novos avanços em aplicações em fontes de luz quântica, chips fotônicos, inteligência artificial e outros campos no futuro, de acordo com Wang.

Mais informações: Hao Hong et al, Twist Phase Matching in Two-Dimensional Materials, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.233801. No arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2305.11511
Informações do diário: Cartas de revisão física , arXiv

Fornecido pela Universidade de Pequim