Luz e escuridão controlam estrutura de material optoeletrônico promissor

Resposta à luz e à não-luz

Pesquisadores descobriram uma forma inesperada pela qual a luz permite controlar minúsculas estruturas dentro de materiais que estão sendo pesquisados para tecnologias avançadas, um fenômeno que promete impulsionar a computação óptica e seus computadores fotônicos, que substituem a eletricidade pela luz.

“Nós descobrimos que a luz pode controlar ‘domínios-bolhas’ em nanoescala, com cerca de alguns bilionésimos de metro de diâmetro, dentro de um cristal ferroelétrico especial,” contou o professor Pankaj Sharma, da Universidade Flinders, na Austrália.

A maioria dos materiais responde de algum modo quando a luz incide sobre eles – por exemplo, quando iluminados, os metais produzem plásmons de superfície, que já estão sendo explorados em inúmeras tecnologias, dos sensores até um novo ramo da computação, conhecido como plasmônica.

Mas o cristal ferroelétrico com o qual a equipe está trabalhando respondeu de modo muito diferente, a começar por apresentar uma reação à luz em profundidade, e não apenas com ondas superficiais. Ainda mais impressionante, o cristal não apenas reagiu à luz, mas continuou reagindo quando a luz é desligada.

Os domínios cristalinos em nanoescala responderam de forma mínima quando iluminados, mas se expandiram rapidamente no momento em que a luz foi desligada. E esse movimento ante a escuridão alterou temporariamente o estado eletrônico da superfície do cristal, antes de retornar gradualmente à sua configuração original.

“Esse comportamento é diferente de tudo que já vimos antes,” explicou o pesquisador Haoze Zhang. “Ele revela uma maneira completamente nova de interação entre a luz e as estruturas eletrônicas dentro dos materiais ferroelétricos. Engenheirando essas estruturas em nanoescala poderemos desenvolver tecnologias eletrônicas e optoeletrônicas mais rápidas e mais eficientes.”

Migração dos elétrons

Para tentar entender o que acontece no cristal de chumbo, magnésio e titânio, a equipe empregou microscopia avançada e medições elétricas para rastrear como as cargas elétricas se movem pelo material durante e após a iluminação.

Eles descobriram que os elétrons se acumulam perto da superfície enquanto a luz está acesa, e são liberados repentinamente quando a luz é removida, desencadeando o rápido processo de comutação dos domínios.

Os materiais ferroelétricos estão emergindo em aplicações em computação de próxima geração, memórias não-voláteis, hardware de inteligência artificial, sensores e dispositivos fotônicos. Manipulá-los com luz adiciona uma ferramenta extremamente poderosa para esses esforços.

“Como a comutação ocorre após a remoção da luz, essa abordagem pode reduzir o consumo de energia e minimizar o aquecimento indesejado em comparação com dispositivos convencionais controlados por luz,” concluiu Zhang.