Tecnologia fotônica avança com cavidades auto-montáveis em escala atômica

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Em uma descoberta significativa para a nanotecnologia, pesquisadores da DTU Electro apresentaram um novo tipo de cavidade fotônica que se monta automaticamente, podendo armazenar luz em espaços comparáveis ao tamanho de poucos átomos, conforme divulgado em um estudo na revista Na

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Mirando o futuro da óptica quântica e fotônica

Uma pesquisa  inovadora publicada na revista Nature apresentou uma convergência entre duas abordagens da nanotecnologia, empregando uma nova geração de tecnologia de fabricação. O trabalho, realizado por Søren Stobbe e sua equipe da DTU Electro, destaca a combinação entre a escalabilidade da tecnologia de semicondutores e as dimensões atômicas possibilitadas pelo auto-montagem.

Na busca para potencializar a interação entre luz e matéria, essencial para melhorar fotodetectores e fontes de luz quânticas, os pesquisadores focam na criação de ressonadores ópticos. Estes dispositivos são capazes de armazenar luz por longos períodos, intensificando a interação com a matéria. O ressonador ideal seria capaz de confinar luz em um espaço com o tamanho de um único átomo.

Desafios na miniaturização de ressonadores

Por décadas, cientistas enfrentaram o desafio de fabricar ressonadores ópticos em uma escala minúscula, sem que se tornassem ineficientes. A indústria de semicondutores prevê que a menor largura possível para uma estrutura semicondutora seja de no mínimo 8 nm nos próximos 15 anos. A equipe da DTU já tinha alcançado a criação de cavidades de 8 nm no ano anterior, mas agora avançaram desenvolvendo cavidades auto-montáveis com um vazio de ar na escala de poucos átomos.

Entendendo o experimento

No experimento, duas metades de estruturas de silício são suspensas por molas e inicialmente fixadas em uma camada de vidro. Após uma etapa de gravação seletiva no vidro, a estrutura é liberada, ficando suspensa apenas pelas molas. Devido à proximidade das duas metades, elas se atraem por forças de superfície. Um design cuidadoso das estruturas de silício resulta em um ressonador auto-montável com lacunas em forma de gravata-borboleta na escala atômica.

  • Forças de Superfície: Incluem forças fundamentais como gravitacional, eletromagnética, nuclear forte e fraca. Forças de superfície como a força de van der Waals e a força de Casimir também desempenham um papel crucial na auto-montagem.

Perspectivas futuras da auto-montagem em nanotecnologia

Guillermo Arregui, co-supervisor do projeto, expressa a ambição de alcançar uma auto-montagem hierárquica semelhante ao crescimento humano, mas com materiais semicondutores inorgânicos. Tal avanço permitiria explorar completamente o potencial da nanotecnologia em campos como eletrônica, nanorobótica, sensores e tecnologias quânticas.

Ali Nawaz Babar, estudante de doutorado e primeiro autor do artigo, ressalta os desafios de fabricação em nanoescala, mesmo utilizando uma das melhores salas limpas universitárias do mundo. Os resultados promissores sugerem que a auto-montagem pode superar as limitações das técnicas convencionais.

Conectando abordagens em nanotecnologia

A pesquisa demonstrou uma forma de interligar abordagens nanotecnológicas top-down e bottom-up por meio de uma nova geração de tecnologia de fabricação. Ao empregar forças de superfície fundamentais, os pesquisadores criaram cavidades fotônicas que confinam fótons em lacunas tão pequenas que sua dimensão exata é um desafio até mesmo para um microscópio eletrônico de transmissão.

Søren Stobbe expressa entusiasmo com a nova linha de pesquisa e antecipa um caminho longo cheio de trabalho pela frente. Com esta pesquisa, o campo da nanotecnologia dá um passo significativo em direção à integração de estruturas autônomas em circuitos macroscópicos.

Referência do estudo: “Cavidades fotônicas auto-montadas com confinamento em escala atômica”, publicado em 6 de dezembro de 2023, na revista Nature. DOI: 10.1038/s41586-023-06736-8

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