Mais um impossível agora é possível: silício emite raios laser

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/11/2005

"Há um certo divertimento em se desafiar a sabedoria convencional," diz Xu. "E este trabalho definitivamente vai contra a sabedoria convencional - incluindo a minha própria."
[Imagem: Brown University]

Laser de silício

Cientistas da Universidade Brown, Estados Unidos, fizeram o que se acreditava impossível: eles criaram um laser de silício, o material que está por trás de toda a revolução tecnológica da microeletrônica e dos computadores.

A equipe do Dr. Jimmy Xu construiu o primeiro laser de silício de bombeamento direto, graças à alteração da estrutura do cristal de silício, o que foi feito por meio de uma técnica em nanoescala.

Desde a construção do primeiro raio laser, em 1960 - construído a partir de um rubi - os cientistas conseguiram construir lasers de inúmeros materiais, do neon até a safira. O silício, entretanto, nunca foi considerado um candidato viável, já que sua estrutura não permite o alinhamento de elétrons necessário para fazer com que esse elemento semicondutor emita luz.

Os cientistas, então, decidiram alterar a estrutura original do silício, o que foi feito com bilhões de furos, feitos graças a uma máscara de alumínio anodizado. O resultado é que o elemento emitiu laser, fracamente, é verdade, mas luz laser verdadeira. Os resultados da pesquisa foram publicados no último exemplar da revista Nature Materials.

"Há um certo divertimento em se desafiar a sabedoria convencional," diz Xu. "E este trabalho definitivamente vai contra a sabedoria convencional - incluindo a minha própria."

Primeiros passos

O que era impossível agora é possível; mas ainda não é prático. O laser de silício opera a -200° C e é muito fraco para ser viável comercialmente. Mas um material com as propriedades eletrônicas do silício e as propriedades ópticas de um laser deverá ter inúmeros usos, tanto na indústria eletrônica quanto na de telecomunicações, ajudando na construção de computadores mais potentes e redes de fibras ópticas mais rápidas.

A emissão de laser a partir do silício sempre foi considerada inatingível por causa da estrutura do cristal de silício. Os elétrons necessários para a emissão do laser são gerados muito distantes de seus "pares". Cobrir essa distância exigiria um fónon de ligação adequado, chegando no lugar preciso e na hora certa, para efetuar a conexão atômica.

No passado, os cientistas alteraram quimicamente o silício ou o trituraram em partículas minúsculas para gerar a emissão de luz. Mas o resultado era que se perdia mais luz do que se criava. Então Xu e seus alunos tentaram uma abordagem nova: eles alteraram a estrutura do silício removendo alguns átomos.

Para remover os átomos, eles utilizaram uma máscara de alumínio, de cerca de um milímetro quadrado, contendo bilhões de minúsculos buracos, todos de tamanho uniforme e espaçados com precisão. Colocada sobre uma fatia de silício e bombardeado com um feixe de íons, a máscara funcionou como uma espécie de stêncil, empurrando os átomos do silício que estavam na direção dos buracos. Os átomos restantes, então, se rearranjaram rapidamente ao redor dos buracos, o que permitiu a emissão de luz.