Recentemente, por acaso, uma equipe de cientistas do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne, na Suíça, e do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, usou pulsos de laser ultrarrápidos de um laser de femtossegundo para irradiar átomos em vidro telurito e descobriu a menção de um surpreendente segredo.
Átomos de vidro telurito irradiados pelo laser de femtosegundo foram reorganizados, permitindo aos cientistas descobrir uma maneira de transformar o vidro telurito em materiais semicondutores. Por que essa descoberta é incrível? A principal razão é que quando os materiais semicondutores são expostos à luz solar, eles geram eletricidade, o que significa que no futuro será possível transformar as janelas do dia a dia das pessoas em dispositivos de coleta e detecção de luz de um único material que, sem dúvida, possuem um grande potencial.
A equipe experimental do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne (EPFL), Suíça, tropeçou na formação de fases nanocristalinas de telúrio semicondutor em superfícies de vidro quando tentavam entender os processos de auto-organização no vidro, o que desencadeou a ideia de explorar possíveis propriedades fotocondutoras e dispositivos de captação de luz relacionados a elas.
Os pesquisadores fizeram a descoberta modificando o vidro e analisando os efeitos com a ajuda do vidro telurito produzido por colegas do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, e de um laser de femtosegundo.
Depois de gravar um padrão simples de linhas na superfície do vidro telurito com 1-cm de diâmetro, descobriu-se que o vidro era capaz de gerar correntes elétricas que duravam meses quando irradiado nos espectros ultravioleta e visível.
Então, como um laser de femtosegundo faz isso? Tudo começa com o princípio do processamento a laser de femtosegundo.
O processamento a laser de femtosegundo é uma tecnologia de processamento avançada baseada em um mecanismo de absorção e ionização não linear multifótons. Quando um pulso de luz de femtossegundo é aplicado à superfície de um material ou ao interior de um material transparente, a área de ação do pulso de luz é extremamente pequena devido à duração extremamente curta do pulso de luz (nível de femtossegundo), enquanto o a intensidade da luz é extremamente alta. Neste caso, a energia do pulso de laser não tem tempo de percorrer o ponto de ação, de modo que a ação ou processamento do pulso de luz termina em um período de tempo muito curto.
Este tempo de ação extremamente curto permite que a energia do pulso de laser seja absorvida pelo material principalmente através de um processo de absorção não linear, em vez da absorção linear convencional da energia do fóton. Devido à absorção não linear, a energia do pulso de laser não é acumulada pelo material na forma de calor e portanto o calor gerado é quase desprezível.
Como é gerado muito pouco calor, praticamente não há danos térmicos ao material que está sendo processado, o que é uma grande vantagem do processamento a laser de femtosegundo. Este tipo de processamento evita o efeito de transferência de calor, resultando em precisão e resultados muito maiores.
É precisamente porque o processamento do laser de femtosegundo desencadeia um fenômeno de ionização localizado desencadeado pelo processo de absorção multifóton, que é ainda amplificado por eventos subsequentes em cascata, como avalanche e/ou ionização por tunelamento.
Simplificando, quando a estrutura interna de um material é rompida e ele está em um estado, foram criadas as condições para fases de material recombinante que são mais estáveis em comparação com suas contrapartes inicialmente subestáveis (vítreas ou não vítreas).
No caso do vidro telurito, à medida que sua estrutura muda após a exposição a um laser de femtosegundo, sementes consistindo de aglomerados de átomos de telúrio se formam e eventualmente crescem em nanocristais de telurito à medida que a fase vítrea se decompõe.
Inicialmente, o material não conduz eletricidade e não é capaz de coletar fótons, mas uma vez transformado com laser de femtosegundo seu comportamento local é completamente diferente.
O que também é surpreendente é que este trabalho não requer uma variedade de materiais para ser fabricado, mas simplesmente utiliza o laser para alterar localmente o material, de modo que a região alterada se comporte de maneira diferente do material original. O baixo custo e a simplicidade de utilização do laser tornam-no escalável para qualquer tipo/tamanho de substrato, simplesmente escaneando o feixe de laser sobre a superfície do material.
Ainda há questões de pesquisa que precisam ser compreendidas em profundidade, e ainda há um processo a percorrer para melhorar o desempenho do dispositivo e levar o conceito da experimentação ao pouso industrial.
Um dos grandes desafios é garantir que as zonas melhoradas que absorvem luz sejam também zonas invisíveis a olho nu para que a janela possa manter a sua funcionalidade e ao mesmo tempo permitir que as pessoas vejam claramente através do vidro para o exterior, mantendo o vidro esteticamente agradável.
No entanto, nesta fase, algumas aplicações fotónicas potenciais que requerem trabalhos como a detecção e quantificação da presença de luz em comprimentos de onda específicos ou gamas espectrais têm sido capazes de beneficiar disto.
