{"id":170362,"date":"2023-07-10T14:35:13","date_gmt":"2023-07-10T16:35:13","guid":{"rendered":"https:\/\/lab.fabricadelandings.com.br\/portalsaofrancisconovo\/?p=170362"},"modified":"2023-07-10T14:35:13","modified_gmt":"2023-07-10T16:35:13","slug":"cristais-fotonicos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lab.fabricadelandings.com.br\/portalsaofrancisconovo\/ciencias-da-natureza\/fisica\/cristais-fotonicos","title":{"rendered":"Cristais fot\u00f4nicos"},"content":{"rendered":"

Cristais fot\u00f4nicos – Defini\u00e7\u00e3o<\/strong><\/p>\n

Cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0s\u00e3o estruturas diel\u00e9tricas peri\u00f3dicas projetadas para formar a estrutura de banda de energia para f\u00f3tons, que permite ou pro\u00edbe a propaga\u00e7\u00e3o de ondas eletromagn\u00e9ticas de certas faixas de frequ\u00eancia, tornando-os ideais para aplica\u00e7\u00f5es de coleta de luz.<\/p>\n

Um\u00a0cristal fot\u00f4nico<\/strong>\u00a0\u00e9 a analogia \u00f3ptica com uma rede cristalina, onde os \u00e1tomos ou mol\u00e9culas s\u00e3o organizados periodicamente e o potencial peri\u00f3dico introduz lacunas na estrutura da banda de energia do cristal.<\/p>\n

Avan\u00e7os recentes em\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0t\u00eam sido discutidos em termos de banda proibida\/engenharia de defeitos.<\/p>\n

Cristais fot\u00f4nicos – O que \u00e9<\/strong><\/p>\n

Os\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>, tamb\u00e9m conhecidos como\u00a0materiais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0de uma banda proibida, s\u00e3o nanoestruturas peri\u00f3dicas que podem direcionar seletivamente os comprimentos de onda da luz da mesma maneira que os semicondutores em um chip de computador permitem seletivamente certas bandas de energia eletr\u00f4nica. O termo \u201cbanda proibida\u201d refere-se apenas a lacunas na faixa espectral de luz que brilha. Um arco-\u00edris, por exemplo, n\u00e3o possui gaps de banda, porque a \u00e1gua \u00e9 transparente e n\u00e3o absorve nenhuma frequ\u00eancia espec\u00edfica.<\/p>\n

Um arco-\u00edris passando por um cristal fot\u00f4nico teria lacunas seletivas, dependendo da nanoestrutura espec\u00edfica dentro do cristal.<\/p>\n

Existem alguns materiais naturais que se aproximam da estrutura de um cristal fot\u00f4nico. Uma delas \u00e9 a pedra preciosa opala. Sua iridesc\u00eancia semelhante ao arco-\u00edris \u00e9 causada por nanoestruturas peri\u00f3dicas internas.<\/p>\n

A periodicidade da nanoestrutura determina quais comprimentos de onda de luz s\u00e3o permitidos e quais n\u00e3o s\u00e3o. O per\u00edodo da estrutura deve ser metade do comprimento de onda da luz que \u00e9 permitida.<\/p>\n

Os comprimentos de onda de passagem permitidos s\u00e3o conhecidos como \u201cmodos\u201d, enquanto os comprimentos de onda proibidos s\u00e3o os gaps fot\u00f4nicos. Uma opala n\u00e3o \u00e9 um verdadeiro cristal fot\u00f4nico porque n\u00e3o possui um intervalo de banda completo, mas se aproxima de um suficientemente pr\u00f3ximo para os prop\u00f3sitos deste artigo.<\/p>\n

Outro material natural que inclui um cristal fot\u00f4nico s\u00e3o as asas de algumas borboletas, como as do g\u00eanero Morpho. Estes d\u00e3o origem a belas asas iridescentes azuis.<\/p>\n

\"\"
\nUm arco-\u00edris passando por um cristal fot\u00f4nico teria lacunas seletivas,
\ndependendo da nanoestrutura espec\u00edfica dentro do cristal<\/strong><\/p>\n

Os\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0foram estudados pela primeira vez pelo famoso cientista brit\u00e2nico Lord Raleigh em 1887. Um cristal fot\u00f4nico unidimensional sint\u00e9tico chamado espelho de Bragg foi o objeto de seus estudos.<\/p>\n

Embora o pr\u00f3prio espelho de Bragg seja uma superf\u00edcie bidimensional, ele s\u00f3 produz o efeito de intervalo de banda em uma dimens\u00e3o.<\/p>\n

Estes t\u00eam sido usados para produzir revestimentos reflexivos onde a banda de reflex\u00e3o corresponde ao gap fot\u00f4nico.<\/p>\n

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\nUma opala n\u00e3o \u00e9 um verdadeiro cristal fot\u00f4nico porque carece de um
\nintervalo de banda completo, mas se aproxima de um<\/strong><\/p>\n

Cem anos depois, em 1987, Eli Yablonovitch e Sajeev John sugeriram a possibilidade de\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0bidimensionais ou tridimensionais, que produziriam gaps em v\u00e1rias dire\u00e7\u00f5es diferentes ao mesmo tempo.<\/p>\n

Rapidamente percebeu-se que tais materiais teriam in\u00fameras aplica\u00e7\u00f5es em \u00f3tica e eletr\u00f4nica, como LEDs, fibra \u00f3tica, lasers nanosc\u00f3picos, pigmento ultrabranco, antenas de r\u00e1dio e refletores e at\u00e9 computadores \u00f3ticos.<\/p>\n

A pesquisa em\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0est\u00e1 em andamento.<\/p>\n

Um dos maiores desafios na pesquisa de\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0\u00e9 o tamanho min\u00fasculo e a precis\u00e3o necess\u00e1ria para produzir o efeito de intervalo de banda. A s\u00edntese de cristais com nanoestruturas de per\u00edodo \u00e9 bastante dif\u00edcil com as tecnologias de fabrica\u00e7\u00e3o atuais, como a fotolitografia.<\/p>\n

Cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a03-D foram projetados, mas fabricados apenas em uma escala extremamente limitada.<\/p>\n

Talvez com o advento da fabrica\u00e7\u00e3o de baixo para cima, ou nanotecnologia molecular, a produ\u00e7\u00e3o em massa desses cristais se torne poss\u00edvel.<\/p>\n

Cristais fot\u00f4nicos – Estruturas<\/strong><\/p>\n

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\nCristais fot\u00f4nicos<\/strong><\/p>\n

Cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0s\u00e3o compostos de diel\u00e9tricos peri\u00f3dicos ou (nano)estruturas metalo-diel\u00e9tricas que afetam a propaga\u00e7\u00e3o de ondas eletromagn\u00e9ticas da mesma forma que o potencial peri\u00f3dico em um cristal semicondutor afeta o movimento do el\u00e9tron definindo bandas de energia eletr\u00f4nica permitidas e proibidas.<\/p>\n

Essencialmente, os\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0cont\u00eam regi\u00f5es internas repetidas regularmente de alta e baixa constante diel\u00e9trica. Os f\u00f3tons (comportando-se como ondas) se propagam por essa estrutura – ou n\u00e3o – dependendo de seu comprimento de onda. Comprimentos de onda de luz (fluxo de f\u00f3tons) que podem viajar s\u00e3o conhecidos como “modos”.<\/p>\n

Bandas n\u00e3o permitidas de comprimentos de onda s\u00e3o chamadas de gaps fot\u00f4nicos. Isso d\u00e1 origem a fen\u00f4menos \u00f3pticos distintos, como inibi\u00e7\u00e3o de emiss\u00e3o espont\u00e2nea, espelhos omnidirecionais de alta reflex\u00e3o e guia de onda de baixa perda, entre outros.<\/p>\n

Como o fen\u00f4meno f\u00edsico b\u00e1sico \u00e9 baseado na difra\u00e7\u00e3o, a periodicidade da estrutura do cristal fot\u00f4nico deve ser da mesma escala de comprimento que metade do comprimento de onda das ondas eletromagn\u00e9ticas, ou seja, ~ 200 (azul) a 350 (vermelho) nm para\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0operando na parte vis\u00edvel do espectro – as regi\u00f5es repetidas de altas e baixas constantes diel\u00e9tricas devem ser desta dimens\u00e3o.<\/p>\n

Isso torna a fabrica\u00e7\u00e3o de\u00a0cristais fot\u00f4nicos \u00f3pticos<\/strong>\u00a0inc\u00f4moda e complexa.<\/p>\n

Cristais fot\u00f4nicos – Hist\u00f3ria<\/strong><\/p>\n

A forma mais simples de um cristal fot\u00f4nico \u00e9 uma estrutura peri\u00f3dica unidimensional, como um filme multicamada (um espelho de Bragg); a propaga\u00e7\u00e3o de ondas eletromagn\u00e9ticas em tais sistemas foi estudada pela primeira vez por Lord Rayleigh em 1887, que mostrou que qualquer sistema unidimensional tem um intervalo de banda.<\/p>\n

Os sistemas peri\u00f3dicos unidimensionais continuaram a ser estudados extensivamente e apareceram em aplica\u00e7\u00f5es de revestimentos reflexivos onde a banda de reflex\u00e3o corresponde ao gap fot\u00f4nico e a lasers de diodo de feedback distribu\u00eddo (DFB) onde um defeito cristalogr\u00e1fico \u00e9 inserido no gap fot\u00f4nico para definir o comprimento de onda do laser. Estruturas \u00f3pticas peri\u00f3dicas bidimensionais, sem gaps, receberam estudos limitados nas d\u00e9cadas de 1970 e 1980.<\/p>\n

A possibilidade de cristais peri\u00f3dicos bidimensionais e tridimensionais com lacunas de banda bidimensionais e tridimensionais correspondentes n\u00e3o foi sugerida at\u00e9 100 anos depois de Rayleigh, por Eli Yablonovitch e Sajeev John em 1987, e tais estruturas desde ent\u00e3o tem visto um interesse crescente por v\u00e1rios grupos de pesquisa em todo o mundo, com aplica\u00e7\u00f5es potenciais, incluindo LEDs, fibra \u00f3ptica, lasers nanosc\u00f3picos, pigmento ultrabranco, antenas e refletores de radiofrequ\u00eancia e circuitos fot\u00f4nicos integrados.<\/p>\n

Muitos grupos de pesquisa exploram o controle do ritmo de emiss\u00e3o de luz usando\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a03D. verificaram a previs\u00e3o de 17 anos do f\u00edsico americano Eli Yablonovitch que iniciou uma corrida mundial para construir min\u00fasculos “chips” que controlam feixes de luz.<\/p>\n

Os pesquisadores dizem que tem muitos usos potenciais, n\u00e3o apenas como uma ferramenta para controlar sistemas \u00f3pticos qu\u00e2nticos, mas tamb\u00e9m em lasers em miniatura eficientes para telas e telecomunica\u00e7\u00f5es, em c\u00e9lulas solares e at\u00e9 mesmo em futuros computadores qu\u00e2nticos.<\/p>\n

Cristais fot\u00f4nicos – Resumo<\/strong><\/p>\n

\"\"
\nCristais fot\u00f4nicos<\/strong><\/p>\n

Os\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0s\u00e3o (nano) estruturas \u00f3ticas peri\u00f3dicas projetadas para afetar o movimento dos f\u00f3tons de maneira semelhante \u00e0 periodicidade de um cristal semicondutor que afeta o movimento dos el\u00e9trons.<\/p>\n

Os\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0s\u00e3o meios \u00f3pticos contendo uma nanoestrutura peri\u00f3dica – tipicamente, uma varia\u00e7\u00e3o peri\u00f3dica do \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o, onde os per\u00edodos ocorridos s\u00e3o da ordem do comprimento de onda \u00f3ptico.<\/p>\n

Embora em alguns casos haja um contraste de \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o bastante grande, por exemplo, entre um vidro ou um semicondutor e o ar, contrastes de \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o muito mais baixos ocorrem em outros casos.<\/p>\n

Algumas das propriedades particularmente not\u00e1veis dos\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>\u00a0\u2013 por exemplo, lacunas de bandas fot\u00f4nicas completas \u2013 surgem principalmente em casos com alto \u00edndice de contraste, e \u00e9 por isso que alguns autores sugerem exigir um alto \u00edndice de contraste para\u00a0cristais fot\u00f4nicos<\/strong>.<\/p>\n

Existe uma semelhan\u00e7a \u00f3bvia entre cristais fot\u00f4nicos e metamateriais fot\u00f4nicos:<\/strong>\u00a0os \u00faltimos tamb\u00e9m costumam envolver um arranjo peri\u00f3dico de estruturas com efeitos \u00f3pticos. No entanto, os metamateriais fot\u00f4nicos possuem uma estrutura\u00e7\u00e3o em uma escala de sub-comprimento de onda, de forma que essas estruturas parecem ser homog\u00eaneas para campos \u00f3pticos, e as not\u00e1veis propriedades resultantes n\u00e3o s\u00e3o explicadas com estruturas de bandas fot\u00f4nicas, mas essencialmente com valores incomuns do \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Fonte:<\/strong>\u00a0www.rp-photonics.com\/www.sciencedirect.com\/www.wisegeek.com\/www.chemeurope.com\/www.quantiki.org\/optics.ansys.com<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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