Poderoso laser revela como partículas se movem em um diamante

Os diamantes estão na classe de materiais conhecidos como semicondutores da banda Ultlarga. Esse grupo é visto como os componentes eletrônicos do futuro, pois eles podem lidar com tensões muito altas, operam em frequências maiores e são mais eficientes que as peças tradicionais de silício.

No entanto, o problema é que a maneira como as cargas elétricas e o calor se movem em diamantes ainda é pouco conhecida. Em um novo procurarOs cientistas desenvolveram um microscópio baseado em laser que lhes permite estudar a estrutura cristalina em uma escala nunca vista antes.

Estudar diamantes é um desafio

Cristais como diamantes têm a qualidade de serem transparentes à luz visível e infravermelha. Para analisar o comportamento das partículas no interior, é necessária uma forma de iluminação mais energética: luz ultravioleta.

A equipe teve que construir um sistema de lasers de alta frequência de alta frequência que trabalhava em uma mesa e forneça a energia e a precisão necessárias. O objetivo era gerar padrões de calor em nanoscala na superfície do material sem causar alterações.

“Fizemos um brainstorming de um novo experimento para expandir o que nosso laboratório poderia estudar”, disse a principal autora Emma Nelson, da Universidade do Colorado Boulder, em um comunicação.

Para fazer isso, o grupo começou com um laser infravermelho com um comprimento de onda luminoso de 800 nanômetros, próximo ao limite da visão humana. A partir daí, o feixe de cristais não lineares cruzados de luz, que mudaram sua energia para atingir comprimentos de ondas cada vez mais curtos, até atingir o ultravioleta profundo, cerca de 200 nanômetros.

Os pesquisadores passaram por um processo de tentativa e erro. Eles ajustaram o alinhamento da faixa luminosa através de três cristais sucessivos para alcançar os resultados esperados.

“Demorou alguns anos para o experimento funcionar, mas assim que tivemos a configuração, poderíamos criar padrões em uma escala nunca antes chegou a uma mesa”, diz Nelson.

Um novo mundo dentro do cristal

Para resolver o problema, a equipe usou dois feixes de luz para criar uma rede de difração na superfície do diamante. O comprimento de onda é tão pequeno que dá precisão na nanoscala necessária para observações e análises.

Os pesquisadores foram capazes de medir como calor, elétrons e ondas mecânicas se comportam através de materiais como ouro e diamantes. Após os testes, eles verificaram os resultados com simulações de computador.

Leia mais

“Ver o experimento funciona e se alinhar com os modelos que criamos foi um alívio e um marco emocionante”, acrescentou Nelson.

O grupo descobriu que em nanoescala, o transporte térmico não é um fluxo contínuo e suave, mas pode se comportar como um projétil ou ter efeitos hidrodinâmicos. Isso indica que ele pode se mover reto sem se espalhar ou pode se dispersar como água fluindo pelos canais.

Para o futuro, a equipe planeja melhorar o microscópio e estudar mais materiais. O foco está no grupo capaz de revolucionar a próxima geração de eletrônicos.