p As nanoestruturas fotônicas podem ser usadas para muitas aplicações além de células solares - por exemplo, sensores ópticos para marcadores de câncer ou outras biomoléculas. Uma equipe do HZB usando simulações de computador e aprendizado de máquina agora mostrou que o projeto de tais nanoestruturas pode ser otimizado seletivamente. Os resultados são publicados em Física das Comunicações . p As nanoestruturas podem aumentar enormemente a sensibilidade dos sensores ópticos - desde que a geometria atenda a certas condições e corresponda ao comprimento de onda da luz incidente. Isso ocorre porque o campo eletromagnético da luz pode ser muito amplificado ou reduzido pela nanoestrutura local. O Grupo de Jovens Investigadores do HZB "Nano-SIPPE" liderado pela Prof. Christiane Becker está trabalhando para desenvolver esses tipos de nanoestruturas. As simulações de computador são uma ferramenta importante para isso. O Dr. Carlo Barth, da equipe Nano-SIPPE, identificou agora os padrões mais importantes de distribuição de campo em uma nanoestrutura usando aprendizado de máquina, e explicou os resultados experimentais.

p As nanoestruturas fotônicas examinadas no papel consistem em uma camada de silício com um padrão de orifícios regular revestido com pontos quânticos feitos de sulfeto de chumbo. Empolgado com um laser, os pontos quânticos próximos às amplificações do campo local emitem muito mais luz do que em uma superfície não ordenada. Isso demonstra empiricamente como a luz do laser interage com a nanoestrutura.

p A fim de registrar o que acontece quando os parâmetros individuais da nanoestrutura mudam, Barth calcula a distribuição tridimensional do campo elétrico para cada conjunto de parâmetros usando um software desenvolvido no Zuse Institute Berlin. Barth analisou essas enormes quantidades de dados com outros programas de computador baseados em aprendizado de máquina. "O computador pesquisou cerca de 45, 000 registros de dados e agrupados em cerca de 10 padrões diferentes, "ele explica. Finalmente, Barth e Becker identificaram três padrões básicos nos quais os campos são amplificados em áreas específicas dos nanoholes.

p Isso permite a otimização de membranas de cristal fotônico com base na amplificação de excitação para praticamente qualquer aplicação. Algumas biomoléculas se acumulam preferencialmente ao longo das bordas do orifício, por exemplo, enquanto outros preferem os platôs entre os buracos, dependendo da aplicação. Com a geometria correta e a excitação correta pela luz, a amplificação máxima do campo elétrico pode ser gerada exatamente nos locais de fixação das moléculas desejadas. Isso aumentaria a sensibilidade dos sensores ópticos para marcadores de câncer ao nível de moléculas individuais, por exemplo.