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Nanotecnologia

Nanopirâmides para manipular a luz não são mais obras faraônicas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  03/11/2017

A abertura no alto da pirâmide mede 0,000007 centímetro.[Imagem: Molecular Foundry/Berkeley Lab]

Nano-óptica

Combinando velocidade com uma precisão incrível, engenheiros dos Laboratórios Berkeley, nos EUA, desenvolveram uma técnica para imprimir estruturas extremamente pequenas na ponta de uma fibra óptica, que é tão fina quanto um fio de cabelo humano.

Esses minúsculos dispositivos comprimem a luz e a manipulam de maneiras que não são possíveis pela óptica convencional.

A técnica, chamada de nanomoldagem sobre fibra, fabrica nanoestruturas 30 vezes mais rapidamente do que a abordagem do tipo escultura usada hoje.

A óptica em nanoescala pode ajudar a melhorar o design das células solares e dos semicondutores, e também a manipular reações químicas como mais precisão para sintetizar novos fármacos.

O problema é que até hoje essas estruturas são fabricadas manualmente, um trabalho de dedicação e arte feito sob a lente de um microscópio. A nova técnica ainda não opera em escala industrial, mas é um passo importante para isso.

O segredo da pirâmide está na forma como ela manipula a luz em seu interior - daí a importância do revestimento de ouro. [Imagem: Giuseppe Calafiore et al. - 10.1038/s41598-017-01871-5]

Sonda campanário

A pirâmide usada nesta demonstração é um componente chamado "sonda campanário" - uma pirâmide de quatro lados, muito usada na arquitetura de igrejas -, que permite gerar imagens espectroscópicas com uma resolução 100 vezes maior do que a espectroscopia convencional.

O primeiro passo para sua fabricação consiste na criação de um molde com as dimensões precisas do dispositivo nano-óptico que se deseja imprimir. Para a sonda campanário isso significa um molde em nanoescala que inclui os quatro lados e o espaço de emissão de luz de 70 nanômetros no cume da pirâmide.

Depois que o molde é criado, ele é preenchido com uma resina e, em seguida, posicionado sobre a fibra óptica. Um feixe de luz infravermelha é enviado através da fibra, o que permite ajustar o alinhamento exato do molde em relação à fibra. Depois disso, a fibra é usada para transmitir luz ultravioleta, que endurece a resina. Um passo final de metalização cobre os lados da sonda com camadas de ouro.

Enquanto um dispositivo desses levava dias para ser construído pelo método de nanoescultura, a nova técnica permite fabricá-lo em poucos minutos.

Bibliografia:

Campanile Near-Field Probes Fabricated by Nanoimprint Lithography on the Facet of an Optical Fiber
Giuseppe Calafiore, Alexander Koshelev, Thomas P. Darlington, Nicholas J. Borys, Mauro Melli, Aleksandr Polyakov, Giuseppe Cantarella, Frances I. Allen, Paul Lum, Ed Wong, Simone Sassolini, Alexander Weber-Bargioni, P. James Schuck, Stefano Cabrini, Keiko Munechika
Nature Scientific Reports
Vol.: 7, Article number: 1651
DOI: 10.1038/s41598-017-01871-5