{"id":3998,"date":"2015-11-20T17:15:13","date_gmt":"2015-11-20T20:15:13","guid":{"rendered":"http:\/\/sbpmat.org.br\/?p=3998"},"modified":"2015-11-20T17:15:13","modified_gmt":"2015-11-20T20:15:13","slug":"nanocristais-de-yab-dopados-com-nd3-e-seu-uso-para-geracao-de-laser-aleatorio-random-laser-e-investigacao-de-processos-opticos-nao-lineares","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/nanocristais-de-yab-dopados-com-nd3-e-seu-uso-para-geracao-de-laser-aleatorio-random-laser-e-investigacao-de-processos-opticos-nao-lineares\/","title":{"rendered":"Nanocristais de YAB dopados com Nd3+ e seu uso para gera\u00e7\u00e3o de Laser Aleat\u00f3rio (Random Laser) e investiga\u00e7\u00e3o de processos \u00f3pticos n\u00e3o-lineares ."},"content":{"rendered":"

Estudos recentes apontam para uma classe de materiais inorg\u00e2nicos que podem ser utilizados para gerar um novo tipo de laser denominado por Laser Aleat\u00f3rio<\/strong> \u2013 LA<\/strong> (Random Laser<\/em>) e para gera\u00e7\u00e3o de luz por processos \u00f3pticos n\u00e3o-lineares, tais como a gera\u00e7\u00e3o do segundo-harm\u00f4nico (GSH) e da soma-de-frequ\u00eancias (GSF), em um \u00fanico material cristalino. Os resultados do trabalho, publicado recentemente na revista Scientific Reports, do grupo Nature, abrem uma nova perspectiva para a pesquisa de novas fontes de luz laser usando meios desordenados, com emiss\u00e3o desde o violeta ao infravermelho pr\u00f3ximo.<\/p>\n

As nanopart\u00edculas cristalinas utilizadas no estudo t\u00eam a composi\u00e7\u00e3o Nd0.04<\/sub>Y0.96<\/sub>Al3<\/sub>(BO3<\/sub>)4<\/sub> – rotulada aqui por Nd:YAB. O YAB pertence \u00e0 classe dos materiais com a estrutura cristalina do mineral CaMg3<\/sub>(CO3<\/sub>)4<\/sub> (huntite<\/em>) que n\u00e3o \u00e9 centro-sim\u00e9trica e apresenta o grupo espacial R32<\/em> com rede hexagonal. Cristais de YAB t\u00eam propriedades \u00f3pticas n\u00e3o-lineares e apresentam amplo espectro de transmiss\u00e3o \u00f3ptica, do infravermelho at\u00e9 a regi\u00e3o do ultravioleta, possuindo o maior coeficiente \u00f3ptico n\u00e3o-linear entre os boratos com a estrutura huntite<\/em>. Monocristais de YAB dopados com \u00edons de terras raras s\u00e3o excelentes candidatos para aplica\u00e7\u00f5es em lasers convencionais (lasers com cavidade \u00f3ptica) e alguns trabalhos mostram que este material apresenta coeficiente \u00f3ptico n\u00e3o-linear alto quando est\u00e1 dopado com neod\u00edmio, neod\u00edmio e lut\u00e9cio ou it\u00e9rbio. Em particular, o Nd:YAB \u00e9 um forte candidato para ser utilizado como meio laser ativo com propriedades de auto-dobramento de frequ\u00eancia (self-frequency-doubling<\/em> – SFD). At\u00e9 ent\u00e3o, ambas as propriedades de emiss\u00e3o laser e SFD haviam sido observadas em condi\u00e7\u00f5es adequadas somente em monocristais de YAB na forma volumar (bulk<\/em>), nunca em uma amostra nanoparticulada (p\u00f3 com part\u00edculas de tamanho nanom\u00e9trico).<\/p>\n

P\u00f3s cristalinos de Nd:YAB com di\u00e2metros das part\u00edculas variando de 20 a 600 nm, com m\u00e1ximo da distribui\u00e7\u00e3o de tamanho em ~173 nm foram usados nos experimentos. A concentra\u00e7\u00e3o de Nd3+<\/sup> foi determinada em ~2,2\u00d71020<\/sup> ions\/cm3<\/sup> e os nanocristais foram preparados pelo m\u00e9todo dos precursores polim\u00e9ricos. Esse m\u00e9todo permite reduzir a mobilidade dos c\u00e1tions e os distribui homogeneamente numa cadeia polim\u00e9rica, pelo forte envolvimento de complexos de quelatos met\u00e1licos. A redu\u00e7\u00e3o da mobilidade dos c\u00e1tions pode inibir a segrega\u00e7\u00e3o de certos materiais durante o processo de decomposi\u00e7\u00e3o do pol\u00edmero em altas temperaturas, mantendo a matriz ou fase cristalina bastante uniforme.<\/p>\n

A s\u00edntese dos p\u00f3s de Nd:YAB pode ser feita utilizando-se o m\u00e9todo Pechini, que \u00e9 baseado na rea\u00e7\u00e3o de desidrata\u00e7\u00e3o de um \u00e1cido carbox\u00edlico e um \u00e1lcool, ou seja uma rea\u00e7\u00e3o de esterifica\u00e7\u00e3o. A patente original do m\u00e9todo Pechini menciona a forma\u00e7\u00e3o de uma resina polim\u00e9rica produzida atrav\u00e9s de rea\u00e7\u00f5es de poliesterifica\u00e7\u00e3o entre complexos de quelatos met\u00e1licos usando \u00e1cidos alfa-hidroxi-carbox\u00edlicos, \u00e1cidos c\u00edtrico e m\u00e1lico, e um poli\u00e1lcool como o etilenoglicol. No m\u00e9todo Pechini, o \u00e1cido c\u00edtrico \u00e9 o agente quelante e o etilenoglicol \u00e9 o agente polimerizante (estudos recentemente publicados, mostram que em materiais a base de boro, o etilenoglicol deve ser substitu\u00eddo por sorbitol, para evitar a perda de \u00f3xido de boro \u00e0s temperaturas onde os p\u00f3s cristalinos s\u00e3o formados). Para a obten\u00e7\u00e3o dos nanocristais de Nd:YAB foram usados como fontes de metais nitratos hidratados de alum\u00ednio, \u00edtrio e neod\u00edmio, al\u00e9m do \u00e1cido b\u00f3rico.<\/p>\n

No trabalho publicado no Scientific Reports foram analisados experimentalmente o processo de espalhamento m\u00faltiplo da luz que propicia a gera\u00e7\u00e3o de LA<\/strong> no p\u00f3 de Nd:YAB o qual, quando excitado por um laser convencional operando no comprimento de onda de 806 nm, emite v\u00e1rias frequ\u00eancias \u00f3pticas. Foi observada a emiss\u00e3o LA<\/strong> em 1062 nm, a GSH do laser de excita\u00e7\u00e3o, em 403 nm (luz violeta), e simultaneamente a SFD do LA<\/strong> que resulta na gera\u00e7\u00e3o de luz verde em 531 nm e a auto-GSF em 459 nm (luz azul) devido \u00e0 intera\u00e7\u00e3o n\u00e3o-linear entre a emiss\u00e3o LA<\/strong> e o laser de excita\u00e7\u00e3o. Os resultados obtidos demonstram pela primeira vez a opera\u00e7\u00e3o de um LA<\/strong> com m\u00faltiplos comprimentos de onda, obtidos via efeitos n\u00e3o-lineares em um p\u00f3 cristalino.<\/p>\n

Os processos n\u00e3o-lineares observados est\u00e3o ilustrados na figura abaixo que mostra, da direita para a esquerda, o diagrama de n\u00edveis de energia do \u00edons Nd3+<\/sup> excitados em 806 nm e gerando a emiss\u00e3o LA<\/strong> em 1062 nm, a GSH do LA<\/strong>, a GSF devido ao LA<\/strong> e o feixe de excita\u00e7\u00e3o, e, por fim, a GSH do feixe de excita\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

A pesquisa foi realizada no Departamento de F\u00edsica da UFPE e o grupo de pesquisadores foi formado pelos professores Cid B. de Ara\u00fajo e Anderson S.L. Gomes da UFPE, Lauro J. Q. Maia da UFG, Vladimir Jerez da Universidad Santander e Andr\u00e9 L. Moura da UFAL.<\/p>\n

Refer\u00eancia<\/strong>: Multi-wavelength emission through self-induced second-order wave-mixing processes from a Nd3<\/sup><\/em>+<\/sup><\/em> <\/em>doped crystalline powder random laser.<\/em>A. L. Moura, V. Jerez, L. J. Q. Maia, A. S. L. Gomes, C. B. de Ara\u00fajo. Scientific Reports, 2015, vol. 5, pp. 13816. DOI: 10.1038\/srep13816.<\/p>\n

O trabalho recebeu financiamento da CAPES, CNPq, FACEPE e FAPEG por meio dos projetos: PRONEX-CNPq\/FACEPE, CNPq-INCT de Fot\u00f4nica e CASADINHO\/PROCAD-CNPq\/CAPES.<\/p>\n

[Divulga\u00e7\u00e3o do\u00a0INCT de Fot\u00f4nica]<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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