Nanolaser feito de nanocubos é simples o suficiente para fabricação industrial

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/12/2024

Os nanocubos são fáceis de fabricar de modo consistente, tornando o nanolaser adequado à produção em massa.
[Imagem: Mindaugas Juodenas et al. - 10.1039/D4NH00263F]

Nanolaser

Uma equipe do Japão e da Lituânia criou um novo tipo de nanolaser - um laser com dimensão nanométrica - que promete dar um novo impulso a tecnologias que vão dos processadores fotônicos e da comunicação de dados aos aparelhos de diagnóstico médico.

"Nanolasers são lasers que usam estruturas um milhão de vezes menores que um milímetro para gerar e amplificar luz, e a radiação laser é gerada em um volume extremamente pequeno de material," disse o professor Mindaugas Juodenas, da Universidade de Tecnologia de Kaunas.

Lasers nanométricos vêm sendo pesquisados e desenvolvidos há algum tempo, mas a versão criada agora é única em termos do processo de fabricação, o que é crucial para que o laser possa ser fabricado em escala industrial e, mais importante, possa ser integrado às demais tecnologias.

Tudo é feito usando nanocubos de prata, que são dispostos ordenadamente sobre uma superfície e preenchidos com um material opticamente ativo. Isso cria o mecanismo necessário para amplificar a luz e produz o efeito laser.

Os nanocubos, por sua vez, são sintetizados usando um processo único inventado pela equipe, que garante sua forma e qualidade precisas. Esses nanocubos são então organizados em uma estrutura bidimensional usando o processo de automontagem de nanopartículas. Durante este processo, as partículas organizam-se naturalmente a partir de um meio líquido, de modo a formar um modelo pré-padronizado.

Quando os parâmetros do modelo correspondem às propriedades ópticas dos nanocubos, gera-se um fenômeno chamado ressonância de rede superficial, que permite a geração de luz em um meio opticamente ativo com uma alta eficiência.

Esquema do processo produtivo e ilustração do nanolaser funcionando.
[Imagem: Mindaugas Juodenas et al. - 10.1039/D4NH00263F]

Produção em massa

Enquanto os lasers convencionais usam espelhos para produzir a ressonância de rede superficial, o novo nanolaser usa a superfície com nanopartículas. "Quando os nanocubos de prata são dispostos em um padrão periódico, a luz fica presa entre eles. De certa forma, o processo lembra uma sala de espelhos em um parque de diversões, mas, no nosso caso, os espelhos são os nanocubos e o visitante do parque é a luz," comparou Juodenas.

Essa luz "aprisionada" vai se acumulando até finalmente atingir o limiar de energia para emissão estimulada, produzindo um feixe de luz intenso com cor e direção específicas.

Ao usar nanomateriais de alta qualidade e facilmente produzidos, como os nanocubos de prata, o laser pode ser produzido em massa. Outra vantagem é que ele gasta uma quantidade mínima de energia para funcionar.

Este nanolaser poderá ser usado como fonte de luz em sensores biológicos ultrassensíveis, para detecção precoce de doenças ou para o monitoramento em tempo real de processos biológicos. Ele também poderá ser empregado em chips fotônicos, tecnologias de identificação e dispositivos de autenticação, onde a estrutura única do feixe é crucial.

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