Uma equipe internacional de pesquisadores sob o comando do Dr. Jaeyeon Pyo, do Korea Electrotechnology Analysis Institute, tornou-se a primeira no mundo a revelar padrões de emissão de luz de nanofios impressos em 3D. O periódico ACS Nano publicou este estudo.
Mais pixels cabem em um determinado tamanho de tela em dispositivos de exibição de alta resolução. Conforme a densidade de pixels aumenta, filmes e imagens são mostrados com mais precisão e detalhes. Criar dispositivos emissores de luz menores, do µm (um milionésimo de metro) à nanoescala (um bilionésimo de metro), é o objetivo da pesquisa atual nesta área.
Quando dispositivos emissores de luz ficam menores, até centenas de nm, alterações distintas surgem na interação entre luz e matéria, levando a padrões de emissão notavelmente distintos quando contrastados com macroestruturas. Assim, o conhecimento da emissão de luz de nanoestruturas é uma pré-condição necessária para usar dispositivos emissores de luz em nanoescala em aplicações reais.
Os padrões de emissão de luz extremamente direcionais dos nanofios impressos em 3D foram vistos pela primeira vez pela equipe de pesquisa do KERI, que passou anos empregando a tecnologia de impressão 3D nanofotônica para pesquisas de exibição.
De modo geral, é difícil usar técnicas tradicionais de deposição química ou física de vapor para produzir materiais emissores de luz de tamanhos específicos em locais específicos de forma consistente, mas com a tecnologia de impressão 3D da KERI, o diâmetro pode ser controlado com precisão limitando a abertura do bico de impressão, o que torna possível fabricar de forma confiável materiais emissores de luz em uma variedade de tamanhos e em locais desejados (diâmetros que variam de 1/10.000 a 1/10 milionésimo de metro).
O grupo liderado pelo Dr. Jaeyeon Pyo examinou e quantificou experimentalmente padrões de emissão de luz de espécimes que variavam em tamanho de nm a µm e foram cuidadosamente fabricados utilizando a técnica de impressão 3D nanofotônica. O grupo também executou simulações de ondas eletromagnéticas para analisar e validar suas alegações completamente.
A reflexão interna da luz desaparece devido ao confinamento espacial quando os materiais emissores de luz são tão pequenos quanto 300 nm de diâmetro, resultando em transmissão de luz direta unidirecional. Como resultado, o padrão de emissão de luz se torna muito direcionado.
A luz geralmente viaja ao longo de canais dentro de uma estrutura interna específica, superpondo-se para formar padrões de emissão amplos. No entanto, em formações de nanofios, o padrão de emissão altamente direcionado resulta de uma única rota.
A propriedade altamente direcional observada pode melhorar muito a funcionalidade de dispositivos de criptografia, sistemas de armazenamento óptico, shows e outros equipamentos. Quando densamente integradas, macroestruturas com padrões de emissão amplos podem experimentar diafonia óptica, o que resulta em sobreposição ou desfoque de sinal.
Por outro lado, os sinais de cada estrutura podem ser distinguidos em altas densidades, graças aos padrões de emissão altamente direcionados em nanofios, o que take away qualquer distorção na representação ou interpretação. A equipe da KERI provou experimentalmente que os nanofios são adequados para dispositivos de alto desempenho devido à sua emissão altamente direcionada.
A pesquisa sobre física óptica na nanoescala é desafiadora, especialmente devido à dificuldade na preparação de espécimes, que geralmente é de alto custo e consome muito tempo. Nossa contribuição demonstra que o método de impressão 3D pode ser uma plataforma versátil para estudar física óptica devido às suas características simples, flexíveis e de baixo custo. Esta pesquisa contribuirá significativamente para as tecnologias de exibição de ponta e física quântica, que fazem parte do ‘Plano Nacional de Nutrição Tecnológica Estratégica da Coreia do Sul’.
Dr. Jaeyeon Pyo, Engenharia de Energia Elétrica e Materiais, Escola KERI, Universidade de Ciência e Tecnologia
A equipe de pesquisa acredita que, como materiais ultrapequenos emissores de luz podem ser usados nesses domínios, sua contribuição será de grande interesse para aqueles que trabalham nas áreas de realidade digital (RA, RV), projetores de feixe, mídia de armazenamento óptico, circuitos integrados fotônicos, tecnologias de criptografia e impressão de segurança.
Eles querem usar a impressão 3D para continuar estudando diferentes fenômenos ópticos que acontecem na nanoescala e aproveitar suas capacidades de produção de forma livre.
Referência do periódico:
Bae, J., e outros. (2024) Direcionalidade de emissão de nanofios fotônicos impressos em 3D. ACS Nano. doi.org/10.1021/acsnano.4c02820.