Um grupo de pesquisadores chineses inventou um novo cristal óptico ultrafino e com baixo consumo de energia, usando uma nova teoria que estabelece as bases para a tecnologia laser de próxima geração.
O nitreto de boro torcido desenvolvido pela equipe tem uma espessura de micrômetros, tornando-o o cristal óptico mais fino conhecido do mundo, disse recentemente à Xinhua o professor Wang Enge, da Escola de Física da Universidade de Pequim. Comparado com cristais convencionais da mesma espessura, sua eficiência energética aumentou de 100 a 10,000 vezes.
Wang, acadêmico da Academia Chinesa de Ciências, disse que os resultados são uma inovação original na teoria chinesa de cristais ópticos e abrem um novo campo de fabricação de cristais ópticos a partir de materiais bidimensionais de película fina de elementos leves.
Os resultados da pesquisa foram publicados recentemente na revista Physical Review Letters.
O laser é uma das tecnologias fundamentais da sociedade da informação. Os cristais ópticos podem realizar funções como conversão de frequência, amplificação paramétrica e modulação de sinal e são componentes-chave de dispositivos a laser.
Nos últimos 60 anos, a pesquisa e o desenvolvimento de cristais ópticos foram guiados principalmente por duas teorias de correspondência de fases propostas por cientistas americanos.
No entanto, devido às limitações dos modelos teóricos tradicionais e sistemas de materiais, os cristais existentes são difíceis de atender aos requisitos de miniaturização, alta integração e funcionalização de dispositivos laser para desenvolvimento futuro. O desenvolvimento da tecnologia laser de próxima geração requer avanços na teoria e nos materiais dos cristais ópticos.
Wang Engo e o professor Liu Kaihui, diretor do Instituto de Física da Matéria Condensada e dos Materiais da Escola de Física da Universidade de Pequim, lideraram uma equipe para desenvolver uma teoria de correspondência de terceira fase baseada em sistemas de materiais de elementos leves - a teoria de correspondência de fase torcida.
"Os lasers produzidos por cristais ópticos podem ser vistos como colunas individuais de marcha. O mecanismo de torção pode tornar a direção e o ritmo de cada indivíduo altamente coordenados, melhorando muito a eficiência de conversão de energia do laser", explica Liu, que também é vice-diretor do Instituto de Interseção de Materiais Quânticos de Elementos Leves no Centro Nacional Integrado de Ciência Huairou, em Pequim.
Ele disse que a pesquisa abre modos de design e sistemas de materiais completamente novos, realizando toda uma cadeia de inovações originais, desde a teoria óptica básica até a ciência e tecnologia dos materiais.
"A espessura dos cristais TBN varia de 1 a 10 micrômetros. A maioria dos cristais ópticos que conhecíamos antes tinham espessuras de um milímetro ou até centímetros", acrescentou Liu.
A tecnologia de produção de TBN está atualmente sendo patenteada nos EUA, Reino Unido, Japão e outros países. A equipe produziu protótipos de lasers TBN e está trabalhando com empresas para desenvolver tecnologia laser de próxima geração.
"Os cristais ópticos são a pedra angular do desenvolvimento da tecnologia laser, e o futuro da tecnologia laser é determinado pela teoria do design e pela tecnologia de produção de cristais ópticos", disse Wang.
Com seu tamanho ultrafino, excelente potencial de integração e novas funções, espera-se que os cristais TBN realizem novos avanços em aplicações no futuro em campos como fontes de luz quântica, chips fotônicos e inteligência artificial.
