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Materiais que aumentam potência de laser abrem caminho para tecnologias vestíveis
Um dos grandes desafios da área de fotônica, que é a ciência da geração, emissão, transmissão, modulação, processamento, amplificação e detecção da luz, é conseguir fontes luminosas que sejam de fácil integração em chips de silício.
Pesquisadores têm investido no uso de materiais capazes de potencializar a luminosidade, permitindo, por exemplo, o aumento da potência de lasers. Foto: Reprodução/EESC-USP
Neste sentido, um grupo de pesquisadores do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação (SEL) da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP, em parceria com as Universidades de York, na Inglaterra, e de Cornell, nos Estados Unidos, tem investido no uso de materiais capazes de potencializar a luminosidade, permitindo, por exemplo, o aumento da potência de lasers.
Essas fontes de luz poderão ser usadas em dispositivos eletrônicos colocados na pele ou nas roupas, as tecnologias vestíveis, com aplicações nas áreas de entretenimento e medicina.
Pela EESC, o professor Emiliano Martins e o doutorando Guilherme Arruda integram a equipe de pesquisa. “Todo laser precisa de um mecanismo de captura da luz, onde ela fica circulando e ganhando energia, espaço esse chamado de cavidade”, descreve o professor Martins.
“O que acontece é que, em lasers baseados em materiais bidimensionais, essa energia da luz emitida é muito pequena, o que dificulta até mesmo ter certeza se realmente é um laser. O foco do nosso trabalho foi, justamente, arrumar mecanismos que potencializassem essa emissão.”
A proposta trazida pelo grupo de pesquisadores foi utilizar metassuperfícies como cavidade. “Metassuperfícies são uma nova classe de materiais ultrafinos. Para se ter uma ideia, são cerca de mil vezes mais finos que um fio de cabelo e conseguem capturar e controlar a luz”, destaca o professor da EESC.
“Materiais bidimensionais, por outro lado, são ainda mais finos, com espessura consistindo em apenas algumas camadas de átomos. O exemplo mais conhecido é o grafeno, mas no nosso trabalho utilizamos outro tipo de material bidimensional, o Transition Metal Dichalcogenides.”
Com a ajuda de uma metassuperfície de dupla ressonância, a equipe conseguiu extrair energia suficiente para fazer todas as caracterizações que comprovam que a emissão luminosa é realmente de um laser.
“A ressonância cumpre o papel de cavidade, mas, em nosso trabalho, adicionamos uma segunda ressonância, ou seja, uma nova cavidade para, além da luz emitida, também aprisionarmos a luz de bombeio, o que possibilitou um aumento significativo da eficiência do laser”, ressalta Martins.
A estratégia deu certo. O aumento na potência da luz foi tamanho que permitiu aos pesquisadores fazerem uma medida completa das características do laser, como o grau de coerência espacial.
Para exemplificar a relevância das descobertas dos pesquisadores, o professor da EESC citou sua procura elevada nas mais diferentes áreas. “Fontes de luz como o laser baseadas nesse tipo de material são de imenso interesse tecnológico, porque são potencialmente baratas e possuem várias vantagens, entre elas a possibilidade de serem utilizadas em materiais flexíveis”, ressalta.
“Uma aplicação importante desses materiais é na nova classe de dispositivos eletrônicos que poderão ser utilizados como acessórios, podendo ser incorporados na roupa ou na pele das pessoas, as chamadas tecnologias vestíveis. Esse tipo de tecnologia deve desempenhar um importante papel em segmentos como a medicina e o entretenimento.”
O desafio foi considerado parcialmente vencido. “Com uma metassuperfície projetada capaz de aumentar a potência do laser, conseguimos encontrar uma solução simples e eficiente, que aprisiona a luz em duas frequências diferentes, uma para a cavidade onde a luz laser é criada, e outra para a energia que é capturada para tornar o material ativo, ou seja, para fazer com que ele emita luz”, afirma o professor da EESC, ao revelar quais devem ser os próximos passos da pesquisa.
“Agora, o que precisamos é conseguir aumentar ainda mais a potência extraída, para poder baixar o custo e facilitar a chegada da tecnologia ao mercado.” (Júlio Bernardes/Jornal da USP)
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