p Silício, um material semicondutor, revela novos talentos quando reduzido a dimensões nanoscópicas. Uma equipe conjunta do Instituto HZB de Nanoarquiteturas para Conversão de Energia e do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (MPL) demonstrou isso. Nanocones de silício geram 200 vezes mais luminescência infravermelha do que nanocolunas de tamanho comparável quando excitadas pela luz visível. Os resultados de modelagem e experimentais mostram que, devido à sua geometria, cones são capazes de sustentar o que é conhecido como modos de galeria sussurrantes em comprimentos de onda infravermelhos que podem intensificar a luminescência do silício. Novos aplicativos são concebíveis, incluindo nanolasers à base de silício. p O silício é um material convencional para chips de computador e células solares. Contudo, mesmo que as propriedades do silício sejam bem conhecidas, as nanoestruturas ainda oferecem surpresas. Uma equipe chefiada pelo Prof. Silke Christiansen no Instituto HZB de Nanoarquiteturas para Conversão de Energia, juntamente com o Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (MPL), mostrou pela primeira vez como a luz se comporta em um nanocone de silício. Suas simulações numéricas e experimentos agora demonstram por que essa geometria afilada é capaz de emitir luminescência opticamente excitada muito melhor do que nanocolunas de tamanhos comparáveis. "Os cones funcionam como matrizes de minúsculas galerias sussurrantes - não para som, mas sim para a luz ", explica Sebastian Schmitt, primeiro autor.

p Forte luminescência em nanocones

p Schmitt e seu colega George Sarau irradiaram nanocolunas e nanocones de silício individuais usando luz laser vermelha (660 nanômetros) e mediram a radiação que foi posteriormente emitida como luminescência pela amostra. Sabe-se que a luminescência no silício (sem qualquer nanoestruturação) é normalmente muito baixa porque os elétrons excitados dificilmente se recombinam radiativamente neste material (gap indireto). Em contraste, as nanoestruturas convertem uma porção muito maior da luz incidente em radiação eletromagnética na região do infravermelho próximo. Este efeito em nanocones é 200 vezes mais forte do que em nanocolunas. "Este é o maior ganho de luminescência já medido em uma estrutura de silício", diz Schmitt.

p Modos de galeria sussurrantes

p A equipe também pode explicar por que isso acontece. A propagação de ondas eletromagnéticas em várias geometrias de nanofios de silício pode ser calculada usando modelagem numérica. Como o diâmetro do nanocone muda com a altura, existem vários níveis nos quais a luz infravermelha é construtivamente sobreposta para formar ondas estacionárias. Essa amplificação facilita o aumento da excitação de elétrons e, portanto, a liberação de luminescência. Este fenômeno é conhecido como Efeito Purcell em campo. Se uma fonte de luz estiver localizada em um ressonador óptico, a emissão espontânea de aumentos de luz. Os nanocones atuam como ressonadores excelentes, como galerias de sussurros ópticos para a luz.

p Regras de design para novos dispositivos

p "Esses tipos de nanoestruturas feitas de cones individuais não são difíceis de fabricar", explica Schmitt. Eles seriam facilmente integrados como novos componentes em técnicas de fabricação de semicondutores CMOS predominantes usadas para diodos, interruptores optoeletrônicos, e sensores ópticos, por exemplo. Essas estruturas podem até mesmo produzir luz laser em conjunto com um meio opticamente ativo adequado, o físico imagina. "Podemos derivar regras de design simples para nanoestruturas semicondutoras com este tipo de conhecimento para exercer controle sobre o número e os comprimentos de onda dos modos hospedados e, assim, controlar a luminescência", diz Christiansen.