p Pesquisadores da ETH Zurich desenvolveram um método para a produção de superfícies onduladas com precisão nanométrica. No futuro, este método pode ser usado, por exemplo, tornar os componentes ópticos para transmissão de dados na internet ainda mais eficientes e compactos. p A importância das tecnologias baseadas na luz para a nossa sociedade foi demonstrada mais uma vez nas últimas semanas. Graças à internet, milhões de pessoas podem trabalhar remotamente, entrar em salas de aula virtuais, ou converse com amigos e parentes. A Internet, por sua vez, deve seu poder a inúmeros pulsos de luz com os quais enormes quantidades de dados são enviadas ao redor do globo por meio de fibras ópticas.

p Para orientar e controlar esses pulsos de luz, várias tecnologias são empregadas. Uma das mais antigas e importantes é a rede de difração, que desvia a luz de cores diferentes em direções precisamente determinadas. Por décadas, os cientistas têm tentado melhorar o projeto e a produção de grades de difração para torná-las adequadas para as aplicações exigentes de hoje. Na ETH Zurique, um grupo de pesquisadores liderado por David Norris, professor do Departamento de Engenharia Mecânica e de Processos, desenvolveram um método completamente novo pelo qual redes de difração mais eficientes e precisas podem ser produzidas. Eles fizeram isso junto com colegas da Universidade de Utrecht e da empresa Heidelberg Instruments Nano, que foi fundada como spin-off da ETH, SwissLitho. Os pesquisadores publicaram os resultados na revista científica Natureza .

p Interferência através de ranhuras

p As grades de difração são baseadas no princípio de interferência. Quando uma onda de luz atinge uma superfície ranhurada, é dividido em muitas ondas menores, cada um emanando de uma ranhura individual. Quando essas ondas saem da superfície, eles podem somar ou cancelar um ao outro, dependendo da direção em que viajam e de seu comprimento de onda (que está relacionado à sua cor). Isso explica por que a superfície de um CD, em que os dados são armazenados em pequenas ranhuras, gera um arco-íris de cores refletidas quando iluminado por luz branca.

p Para que uma rede de difração funcione corretamente, suas ranhuras precisam ter uma separação semelhante ao comprimento de onda da luz, que tem cerca de um micrômetro - cem vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano. "Tradicionalmente, essas ranhuras são gravadas na superfície de um material usando técnicas de fabricação da indústria de microeletrônica, "diz Nolan Lassaline, um Ph.D. aluno do grupo de Norris e primeiro autor do estudo. "Isso significa, Contudo, que as ranhuras da grade têm uma forma bastante quadrada. Por outro lado, a física nos diz que devemos ter sulcos com um padrão suave e ondulado, como ondulações em um lago. "Os sulcos feitos com métodos tradicionais podem, Portanto, apenas aproximações grosseiras, o que, por sua vez, significa que a grade de difração direcionará a luz com menos eficiência. Ao buscar uma abordagem completamente nova, Norris e seus colaboradores descobriram uma solução para esse problema.

p Padronização de superfície com uma sonda quente

p A abordagem deles é baseada em uma tecnologia que também tem suas origens em Zurique. "Nosso método é um bisneto do microscópio de tunelamento de varredura, que foi inventado há quase quarenta anos por Gerd Binnig e Heinrich Rohrer, que mais tarde ganharia o Prêmio Nobel por seu trabalho, "diz Norris. Em tal microscópio, as superfícies dos materiais são escaneadas pela ponta afiada de uma sonda com alta resolução. As imagens resultantes de tal varredura podem até mostrar os átomos individuais de um material.

p Por outro lado, Contudo, também se pode usar a ponta afiada para padronizar um material e, assim, produzir superfícies onduladas. Para fazer isso, os pesquisadores aquecem a ponta de uma sonda de varredura a quase 1000 graus centígrados e pressionam contra uma superfície de polímero em certos locais. Isso faz com que as moléculas do polímero se quebrem e evaporem nesses locais, permitindo que a superfície seja esculpida com precisão. Desta maneira, os cientistas podem escrever perfis de superfície quase arbitrários ponto a ponto na camada de polímero com uma resolução de alguns nanômetros. Finalmente, o padrão é transferido para um material óptico depositando uma camada de prata no polímero. A camada de prata pode então ser separada do polímero e usada como uma grade de difração reflexiva.

p "Isso nos permite produzir grades de difração de formato arbitrário com uma precisão de apenas algumas distâncias atômicas na camada de prata, "diz Norris. Ao contrário das ranhuras tradicionais em forma de quadrado, tais grades não são mais aproximações, mas praticamente perfeito e pode ser moldado de tal forma que a interferência das ondas de luz refletidas crie padrões precisamente controláveis.

p Uma variedade de aplicações

p Essas grades perfeitas permitem novas possibilidades para controlar a luz, que tem uma gama de aplicações, diz Norris:"A nova tecnologia pode ser usada, por exemplo, construir minúsculas redes de difração em circuitos integrados com os quais os sinais ópticos para a internet podem ser enviados, recebido e encaminhado com mais eficiência ". Lassaline acrescenta, "Geralmente, podemos usar essas grades de difração para fazer dispositivos ópticos altamente miniaturizados, como micro-lasers on-chip. "Esses dispositivos miniaturizados, ele diz, variam de lentes de câmera ultrafinas a hologramas compactos com imagens mais nítidas. Eles prometem um amplo impacto em tecnologias ópticas, como câmeras futurísticas de smartphones, biossensores, ou visão autônoma para robôs e carros autônomos. "