A combinação da eletrônica com luz infravermelha pode permitir dispositivos pequenos, rápidos e sensíveis para detecção, geração de imagens e sinalização em nível molecular. Porém, no espectro infravermelho, os materiais devem atender a rigorosos requisitos de qualidade para seus cristais, a fim de atender aos requisitos para essas funções.



Agora, os pesquisadores descobriram uma maneira melhorada de produzir cristais de alta qualidade que ressoam fortemente com a luz infravermelha. Eles testaram esses nanocristais em forma de fita (“nanofitas”) usando uma sonda infravermelha exclusiva. As nanofitas têm a mais alta qualidade medida relatada para esses materiais até o momento. Essa qualidade torna os cristais excelentes perspectivas para uso em dispositivos infravermelhos de alto desempenho.

Em seu estudo, publicado no ACS Nano em 2022, os pesquisadores fizeram as nanofitas usando uma abordagem chamada deposição de vapor em chama (FVD). O FVD é rápido, barato e escalável. Ele melhora um método anterior que usava fita adesiva para remover camadas de material de um material a granel. O FVD também não requer tratamentos extras que possam danificar e contaminar os cristais, o que reduz sua qualidade.

As nanofitas produzidas usando FVD têm bordas paralelas excepcionalmente lisas que funcionam como superfícies refletoras. Isso permite que as nanofitas atuem naturalmente como cavidades ressonantes ideais para ondas vibracionais estacionárias. O trabalho permite a produção direta, rápida e escalonável de ressonadores infravermelhos de alta qualidade para pesquisa e desenvolvimento.

Usando FVD, os pesquisadores cultivaram nanofitas de óxido de molibdênio (MoO₃ ), um material que apresenta propriedades potencialmente úteis para sintonizar suas ressonâncias em frequências de luz infravermelha. Eles controlaram os tamanhos e formatos das amostras sintetizadas variando a temperatura, a concentração de molibdênio e o tempo.

Para medir a qualidade desses nanorressonadores, os pesquisadores usaram Nano-Espectroscopia Infravermelha Síncrotron (SINS) na Fonte de Luz Avançada, uma instalação de usuário do Escritório de Ciência do Departamento de Energia (DOE) no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley. O SINS usa a ponta de um microscópio de força atômica para focar feixes de luz infravermelha da radiação síncrotron até um tamanho de ponto menor que o comprimento de onda da luz infravermelha.

Os mapas de ressonância resultantes caracterizam completamente, pela primeira vez, a resposta infravermelha de banda ultralarga do MoO sintetizado por FVD₃ nanofitas com alta resolução espacial e espectral, detectando modos de ressonância além da 10ª ordem. Os fatores de qualidade - uma medida da nitidez das ressonâncias - fornecem evidências claras da alta qualidade cristalina das nanofitas sintetizadas.

Mais informações: Shang-Jie Yu et al, Ressonadores polaritônicos infravermelhos de ultra-alta qualidade baseados em nanofitas de van der Waals sintetizadas de baixo para cima, ACS Nano (2022). DOI:10.1021/acsnano.1c10489
Informações do diário: ACS Nano

Fornecido pelo Departamento de Energia dos EUA