{"id":4340,"date":"2016-03-30T09:22:57","date_gmt":"2016-03-30T12:22:57","guid":{"rendered":"http:\/\/sbpmat.org.br\/?p=4340"},"modified":"2016-04-07T14:12:32","modified_gmt":"2016-04-07T17:12:32","slug":"artigo-em-destaque-projetando-estruturas-para-manipular-a-luz","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-projetando-estruturas-para-manipular-a-luz\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Projetando estruturas para manipular a luz."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico com participa\u00e7\u00e3o de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9:\u00a0Oxide-cladding aluminum nitride photonic crystal slab: Design and investigation of material dispersion and fabrication induced disorder. <\/strong>Melo, EG; Carvalho, DO; Ferlauto, AS; Alvarado, MA; Carreno, MNP; Alayo, MI. Journal of Applied Physics 119, 023107 (2016). DOI: 10.1063\/1.4939773.<\/p>\n

Projetando estruturas para manipular a luz<\/strong><\/p>\n

Cristais fot\u00f4nicos s\u00e3o nanoestruturas que possibilitam a manipula\u00e7\u00e3o da luz vis\u00edvel e das demais formas de radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica, gra\u00e7as \u00e0 organiza\u00e7\u00e3o de sua estrutura em padr\u00f5es peri\u00f3dicos.<\/p>\n

Al\u00e9m de haver materiais com essas caracter\u00edsticas na natureza, como a opala, cristais fot\u00f4nicos s\u00e3o criados pelo ser humano, podendo ser classificados como metamateriais. Suas caracter\u00edsticas (materiais que os comp\u00f5em, formato, dimens\u00f5es) s\u00e3o projetadas com o objetivo de se conseguir o controle da luz. Por meio de processos de nanofabrica\u00e7\u00e3o, essas estruturas se tornam reais e s\u00e3o utilizadas em diversos dispositivos chamados \u201cnanofot\u00f4nicos\u201d. Todavia, a fabrica\u00e7\u00e3o dessas estruturas n\u00e3o \u00e9 tarefa simples.<\/p>\n

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Os autores do artigo. Da esquerda para a direita, posando no laborat\u00f3rio: professor Marcelo N\u00e9lson Paez Carre\u00f1o, Emerson Gon\u00e7alves de Melo, Maria Elisia Armas Alvarado e professor Marco Isa\u00edas Alayo Ch\u00e1vez. Nas inser\u00e7\u00f5es: \u00e0 esquerda, Daniel Orquiza de Carvalho e, \u00e0 direita, Andr\u00e9 Santarosa Ferlauto.<\/figcaption><\/figure>\n

Com um estudo baseado principalmente em simula\u00e7\u00f5es computacionais, uma equipe de cientistas de institui\u00e7\u00f5es brasileiras, liderada por pesquisadores da Escola Polit\u00e9cnica da Universidade de S\u00e3o Paulo (EPUSP), gerou contribui\u00e7\u00f5es cient\u00edficas que podem ser utilizadas para melhorar a fabrica\u00e7\u00e3o de cristais fot\u00f4nicos de modo a otimizar seu desempenho na manipula\u00e7\u00e3o de luz. \u201cO trabalho apresenta uma an\u00e1lise bastante detalhada dos efeitos causados por processos de nanofabrica\u00e7\u00e3o sobre as caracter\u00edsticas \u00f3pticas de cristais fot\u00f4nicos planares fabricados em nitreto de alum\u00ednio com cobertura de di\u00f3xido de sil\u00edcio\u201d, diz Emerson Melo<\/a>, primeiro autor de um paper sobre o trabalho, que foi recentemente publicado no prestigiado peri\u00f3dico Journal of Applied Physics (JAP).<\/p>\n<\/div>\n

\u201cA ideia surgiu da oportunidade de combinar as excelentes caracter\u00edsticas \u00f3pticas e f\u00edsicas do nitreto de alum\u00ednio (AlN), tais como sua transpar\u00eancia em uma grande faixa de comprimentos de onda (do infravermelho pr\u00f3ximo ao ultravioleta), seus efeitos n\u00e3o lineares e sua grande estabilidade a varia\u00e7\u00f5es de temperatura, com as vantagens proporcionadas por cristais fot\u00f4nicos, como a constru\u00e7\u00e3o de guias de onda, curvas e cavidades ressonantes de alta efici\u00eancia em dimens\u00f5es nanom\u00e9tricas, al\u00e9m dos diversos efeitos \u00f3pticos proporcionados por cristais fot\u00f4nicos, como baix\u00edssimas velocidades de grupo e intensifica\u00e7\u00e3o dos efeitos n\u00e3o lineares dos materiais\u201d, conta Emerson, que \u00e9 estudante de doutorado em Microeletr\u00f4nica \u2013 Fot\u00f4nica na EPUSP, dentro do Grupo de Novos Materiais e Dispositivos do Laborat\u00f3rio de Microeletr\u00f4nica do Departamento de Engenharia de Sistemas Eletr\u00f4nicos. A pesquisa de doutorado de Emerson, cujo orientador \u00e9 o professor Marco Isa\u00edas Alayo Ch\u00e1vez<\/a>, visa ao estudo, fabrica\u00e7\u00e3o e caracteriza\u00e7\u00e3o de dispositivos nanofot\u00f4nicos como guias de onda, cavidades ressonantes, moduladores e chaveadores \u00f3pticos em cristais fot\u00f4nicos de nitreto de alum\u00ednio.<\/p>\n

O estudo que gerou o paper publicado no JAP iniciou com uma etapa experimental. Filmes finos de nitreto de alum\u00ednio e di\u00f3xido de sil\u00edcio (SiO2) foram fabricados pelo grupo da EPUSP e, com a colabora\u00e7\u00e3o de pesquisadores da UFMG e da UNESP, foram analisados por meio da t\u00e9cnica de elipsometria espectrosc\u00f3pica (VASE) a fim de obter suas fun\u00e7\u00f5es diel\u00e9tricas, as quais seriam usadas posteriormente como dados na investiga\u00e7\u00e3o te\u00f3rica.<\/p>\n

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\u00c0 esquerda, diagrama de uma estrutura de cristal fot\u00f4nico com alguns dos defeitos de fabrica\u00e7\u00e3o estudados. \u00c0 direita, diagrama da c\u00e9lula unit\u00e1ria do cristal fot\u00f4nico ideal projetado pelos cientistas.<\/figcaption><\/figure>\n

Depois, o grupo da EPUSP projetou um cristal fot\u00f4nico, ideal em termos de desempenho e de possibilidades de fabrica\u00e7\u00e3o, composto por uma camada de nitreto de alum\u00ednio entre duas camadas de di\u00f3xido de sil\u00edcio, com furos redondos dispostos em padr\u00f5es que se repetem ao longo do \u201csandu\u00edche\u201d. Usando m\u00e9todos anal\u00edticos e num\u00e9ricos, os pesquisadores da USP simularam alguns \u201cefeitos colaterais\u201d dos processos de fabrica\u00e7\u00e3o de cristais fot\u00f4nicos desse tipo (por exemplo, varia\u00e7\u00f5es nos tamanhos e posi\u00e7\u00f5es dos furos) e analisaram teoricamente como essas imperfei\u00e7\u00f5es afetariam o desempenho do cristal fot\u00f4nico.<\/p>\n

A investiga\u00e7\u00e3o te\u00f3rica de Emerson e os outros pesquisadores da EPUSP concentrou-se nas imperfei\u00e7\u00f5es geradas nas duas etapas principais do processo de nanofabrica\u00e7\u00e3o normalmente empregado em cristais fot\u00f4nicos como o estudado: litografia por feixe de el\u00e9trons e corros\u00e3o seca assistida por plasma. \u201cOs resultados apresentados permitem avaliar que o processo de litografia por feixe de el\u00e9trons tem maior influ\u00eancia no desempenho de dispositivos que exploram a dispers\u00e3o da radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica atrav\u00e9s do cristal fot\u00f4nico, tais como prismas, chaveadores e moduladores \u00f3pticos\u201d, diz Emerson. \u201cJ\u00e1 a qualidade do processo de corros\u00e3o seca tem um impacto mais profundo nas caracter\u00edsticas de dispositivos em que s\u00e3o introduzidos defeitos pontuais ou lineares na rede peri\u00f3dica do cristal fot\u00f4nico para inserir modos harm\u00f4nicos na banda proibida fot\u00f4nica. Nesse caso, a corros\u00e3o seca dever\u00e1 ser muito bem controlada para fabrica\u00e7\u00e3o de dispositivos nos quais guias de onda e cavidades ressonantes encontram-se entre seus principais elementos\u201d, completa.<\/p>\n

Al\u00e9m de avan\u00e7ar na compreens\u00e3o do papel dos processos de nanofabrica\u00e7\u00e3o de cristais fot\u00f4nicos no desempenho de dispositivos nanofot\u00f4nicos, os autores do paper conseguiram definir uma metodologia para projetar cristais fot\u00f4nicos planares com n\u00facleo e cobertura em filmes finos de materiais diel\u00e9tricos. \u201cA metodologia inclui o levantamento das fun\u00e7\u00f5es diel\u00e9tricas dos materiais atrav\u00e9s da t\u00e9cnica de elipsometria espectrosc\u00f3pica para a an\u00e1lise dos efeitos de dispers\u00e3o dos materiais, a obten\u00e7\u00e3o dos par\u00e2metros geom\u00e9tricos que maximizam a banda proibida fot\u00f4nica e a an\u00e1lise dos impactos causados por desvios introduzidos no processo de fabrica\u00e7\u00e3o\u201d, detalha Emerson.<\/p>\n

A pesquisa teve apoio financeiro do Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient\u00edfico e Tecnol\u00f3gico (CNPq) e da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep).<\/p>\n

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