Cientistas criam cristal fotônico tridimensional

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/08/2005

As estruturas manipuladoras de luz agora podem ser tridimensionais.
[Imagem: Ames Lab]

Cristais PBG ("Photonic Band Gap crystals" : cristais fotônicos com intervalo de freqüência) são elementos cruciais na busca pela fabricação de um chip totalmente óptico, assim como no aumento das taxas de transferências de dados nas comunicações. Eles são capazes de bloquear ou permitir a passagem de luz de comprimentos de onda específicos.

Mas fabricá-los não é exatamente algo simples ou barato. Como esses cristais PBG são artificiais, eles devem ser construídos um a um. Pelos métodos atuais, isso exige salas limpas e equipamentos com custos na faixa dos vários milhões de dólares. Mas isso poderá mudar rapidamente.

A novidade é que pesquisadores dos Laboratórios Ames e da Universidade do Estado de Iowa, nos EUA, descobriram uma forma de produzir os cristais PBG em condições normais de laboratório, sem a exigência de uma sala limpa ou de equipamentos multimilionários. Eles já conseguiram produzir cristais tridimensionais de quatro milímetros quadrados e 12 camadas de altura.

Sob a coordenação dos professores Kai-Ming Ho - o primeiro cientista a descrever teoricamente os cristais PBG, em 1990 - e Kristen Constant, a equipe adaptou uma técnica chamada moldagem por microtransferência para construir gabaritos com os quais eles fabricaram os cristais multicamadas.

"A técnica de moldes por microtransferência não é nova," explica o professor Ho. "Modificá-la para criar estruturas cruzadas em multiníveis com comprimentos na escala de micrômetro e submicrômetro é que é a novidade."

Na nova técnica, inicialmente é criado um molde de elastômero - uma espécie de plástico - contendo em sua superfície mais de 1.000 microcanais. Os canais são preenchidos com um polímero líquido, que é solidificado por meio de sua exposição à luz ultravioleta.

Criam-se, assim, bastões solidificados de polímeros, que são recobertos com um segundo polímero, que age como cola, ligando os bastões a uma pastilha de silício. O material é então retirado do molde, resultando em uma infinidade de bastões de polímeros colados no silício. Esta é a primeira camada da estrutura, que mede 2,5 micrômetros de comprimento. O processo é então repetido tantas vezes quantas camadas se deseja fabricar.

Para transformar essa estrutura em um cristal fotônico cerâmico, o gabarito é mergulhado em uma pasta de óxido de titânio e aquecido a 550 ºC. O calor remove o gabarito e sinteriza a estrutura de titânia (óxido de titânio).