O trissulfeto de arsênio (As₂S₃), um semicondutor cristalino, literalmente se deixa esculpir em escala nanométrica por um simples laser contínuo, sem necessidade de salas limpas ou sistemas complicados. Essa propriedade abre caminho para tecnologias ópticas muito fáceis de fabricar, superando as tecnologias atuais baseadas na eletrônica.
Torna-se possível esculpir diretamente o material sem etapas de fabricação elaboradas. Assim, é possível criar estruturas que guiam a luz para telecomunicações, elementos difrativos para sensores e imagem, ou ainda padrões holográficos para segurança. Uma impressão óptica também pode servir como um identificador único, muito difícil de reproduzir.
Um laser contínuo de 532 nm esculpiu padrões microscópicos em uma pepita de As₂S₃, incluindo um retrato monocromático de Albert Einstein (pontos espaçados por 700 nm) e um padrão semelhante a um código QR (pontos espaçados por 600 nm).
Crédito: XPANCEO Em escala nanométrica, os detalhes são de uma fineza notável. Os pesquisadores escreveram um retrato de Einstein com pontos espaçados por 700 nanômetros, alcançando até mesmo uma resolução de 50.000 pontos por polegada (ou 500 nanômetros entre os pontos). Esses padrões, que apresentam forte contraste devido à mudança de índice, são facilmente legíveis por métodos ópticos clássicos.
Mas a luz não modifica apenas as propriedades ópticas do cristal: ela também o faz fisicamente expandir. O As₂S₃ pode inchar até 5%, o que permite formar diretamente microlentes e redes em sua superfície. Essa capacidade é valiosa para desenvolver guias de onda com amplo campo de visão, utilizáveis em óculos de realidade aumentada e até mesmo lentes de contato inteligentes.
A chave desse fenômeno reside no índice de refração, que mede a capacidade de um material de curvar a luz. Sob o efeito da luz, esse índice pode mudar. No As₂S₃, a mudança é enorme (até 0,3), bem superior à de outros materiais conhecidos. Esse resultado foi obtido com luz ultravioleta de baixa intensidade, o que torna o processo muito acessível.
Essas descobertas podem muito bem marcar um ponto de virada na fotônica. Como explica Valentyn Volkov, diretor tecnológico do XPANCEO Research Center, a descoberta de novos materiais funcionais é o motor da inovação fotônica. Esses cristais naturais, de sensibilidade excepcional, fornecem os blocos básicos para uma tecnologia impulsionada pela luz, em vez da eletricidade.
Refringência e fotorrefratividade
O índice de refração é uma propriedade fundamental dos materiais ópticos: ele determina a velocidade da luz no meio e o desvio dos raios luminosos. Quanto maior esse índice, mais a luz é desacelerada e curvada. Em alguns materiais, a própria luz pode modificar esse índice: é o efeito fotorrefrativo. Esse efeito é usado para criar hologramas ou dispositivos de armazenamento óptico.
O trissulfeto de arsênio (As₂S₃) apresenta um efeito fotorrefrativo gigante: seu índice pode mudar até 0,3 sob exposição à luz ultravioleta. Isso é dez vezes mais do que os materiais fotorrefrativos clássicos como o niobato de lítio. Tal amplitude permite gravar padrões muito contrastados com uma simples luz contínua, sem lasers pulsados caros.
Essa descoberta abre caminhos para a concepção de componentes ópticos. Ao modificar localmente o índice de refração, é possível criar guias de onda, redes de difração ou lentes diretamente no material. As aplicações vão desde telecomunicações até sensores, passando pela realidade aumentada.
Fonte: Proceedings of the National Academy of Sciences