Os pesquisadores da ITMO descobriram um material que é ultrassensível à luz. Além disso, eles foram capazes de identificar um parâmetro que ajudará a encontrar outras estruturas com altos coeficientes de refração. Esta descoberta nos levará um passo mais perto de desenvolver elementos compactos e eficientes para computadores ópticos - lasers, salgadinhos, e sensores. A pesquisa é publicada em Nanofotônica .

Cada ano, há uma demanda crescente por computadores mais poderosos e avançados. O problema com os convencionais, no entanto, reside nos elétrons que desempenham um papel importante neles. Em qualquer estrutura com uma corrente elétrica passando por ela, existe o risco de superaquecimento, o que cria limitações fundamentais no tamanho mínimo dos elementos computacionais. Uma solução para este problema está em computadores ópticos que irão processar as informações transmitidas pelo movimento dos fótons que não aquecem, em oposição aos elétrons.

“Em breve chegaremos ao limite quando qualquer nova modernização das máquinas baseadas em elétrons não permitir o aumento necessário de eficiência. Para começar a usar computadores ópticos, temos que criar chips e lasers de tamanho comparável. Precisamos de materiais com altos coeficientes de refração para desenvolver elementos ópticos em nanoescala. O coeficiente de refração nos diz quão bem uma estrutura reage à luz. Se sua interação com a luz for pobre, então o dispositivo funcionará de acordo, "expõe Anton Shubnic, um aluno da Faculdade de Física e Engenharia da ITMO.

Não existem muitos materiais altamente sensíveis à luz. Um deles é o silício (Si), com um coeficiente de refração de 4. Não há materiais conhecidos com um coeficiente de refração mais alto na faixa visível. Além disso, os pesquisadores admitem, não está completamente claro, onde se poderia procurá-los. Após extensos cálculos matemáticos, Os físicos da Universidade ITMO foram capazes de identificar um parâmetro que poderia apontar a rapidez com que a luz passaria por um semicondutor antes de experimentos físicos ou modelagem de cálculos complexos. Este parâmetro depende das propriedades eletrônicas de um material:seu gap e a massa efetiva de um elétron.

"Concentramos nossa atenção nos semicondutores. Esses materiais têm lacunas de banda, conhecido pela maioria deles e freqüentemente usado. Na ótica, a lacuna de banda determina o comprimento de onda máximo no qual um material permanece transparente. O segundo parâmetro é a massa efetiva do elétron. Ao interagir com outras partículas em um material, elétrons agiriam como partículas com uma massa diferente da que eles têm originalmente, "explica Ivan Iorsh, chefe do Laboratório Internacional de Fotoprocessos em Sistemas Mesoscópicos da ITMO University.

O gap é uma faixa de energia que os elétrons não podem ter em um determinado material. Se a energia de um fóton for menor do que o gap, então a luz pode se espalhar no material, e se a energia for maior, a luz será absorvida. Na ótica, a lacuna de banda determina o comprimento de onda máximo no qual um material permanece transparente. Este parâmetro é conhecido por muitos materiais e é usado ativamente. O segundo parâmetro é a massa efetiva do elétron. Ao interagir com outras partículas em um material, os elétrons agiriam como se tivessem uma massa diferente daquela que têm originalmente. E essa nova massa é conhecida como massa efetiva.

O modelo teórico demonstrou que quanto maior a relação entre esses dois parâmetros, quanto maior o coeficiente de refração deve ser. Primeiro, os pesquisadores testaram suas hipóteses em materiais conhecidos, como o silício, e depois se voltaram para os menos estudados. Como resultado, eles descobriram disseleneto de rênio (ReSe ₂ ), um material altamente promissor para elementos ópticos. Descobriu-se que ReSe ₂ tem um coeficiente de refração de 6,5 a 7 na faixa visível, que é significativamente maior do que o silício.

Agora, os pesquisadores estão planejando lançar uma pesquisa global por meio de bancos de dados abertos de propriedades eletrônicas de materiais para encontrar outras substâncias com alto coeficiente de refração, anteriormente desconsiderado por especialistas em óptica.