{"id":38607,"date":"2019-10-31T22:24:51","date_gmt":"2019-10-31T19:24:51","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/budushhee-li-fi-polyaritony-eksitony-fotony-i-nemnogo-disulfida-volframa\/"},"modified":"2019-10-31T22:24:51","modified_gmt":"2019-10-31T19:24:51","slug":"budushhee-li-fi-polyaritony-eksitony-fotony-i-nemnogo-disulfida-volframa","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/pt\/blog\/administrirovanie\/budushhee-li-fi-polyaritony-eksitony-fotony-i-nemnogo-disulfida-volframa","title":{"rendered":"O futuro do Li-Fi: polaritons, excitons, f\u00f3tons e um pouco de dissulfeto de tungst\u00eanio","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p><img decoding=\"async\" alt=\"O futuro do Li-Fi: polaritons, excitons, f\u00f3tons e um pouco de dissulfeto de tungst\u00eanio\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/10\/fd3da14c59ebcddc14ddfb7ba4e970af.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nAo longo dos anos, cientistas de todo o mundo se dedicaram a duas coisas - inventar e aperfei\u00e7oar. E, \u00e0s vezes, n\u00e3o est\u00e1 claro qual dessas tarefas \u00e9 mais dif\u00edcil. Pegue, por exemplo, os LEDs comuns, que nos parecem t\u00e3o simples e cotidianos que nem prestamos aten\u00e7\u00e3o a eles. Mas se voc\u00ea adicionar um pouco de excitons, uma pitada de polaritons e dissulfeto de tungst\u00eanio a gosto, os LEDs j\u00e1 n\u00e3o parecer\u00e3o t\u00e3o prosaicos. Todos esses termos sofisticados s\u00e3o nomes de componentes extremamente incomuns, cuja combina\u00e7\u00e3o permitiu que cientistas do City College de Nova York criassem um novo sistema capaz de transmitir informa\u00e7\u00f5es extremamente rapidamente usando luz. Este desenvolvimento ajudar\u00e1 a aprimorar a tecnologia Li-Fi. Quais exatamente foram os ingredientes da nova tecnologia, qual \u00e9 a receita desse 'prato' e qual \u00e9 a efici\u00eancia do novo LED de exciton-polarit\u00f4nio? Sobre isso nos contar\u00e1 a apresenta\u00e7\u00e3o dos cientistas. Vamos l\u00e1.<noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><\/p>\n<h3>Base da pesquisa<\/h3>\n<p>\nSe tudo se resumir a uma palavra, essa tecnologia \u00e9 luz e tudo que est\u00e1 relacionado a ela. Primeiro, os polaritons, que surgem da intera\u00e7\u00e3o entre f\u00f3tons e excita\u00e7\u00f5es do meio (fonons, excitons, plasmonas, magnons, etc.). Em segundo lugar, os excitons - uma excita\u00e7\u00e3o eletr\u00f4nica em um diel\u00e9trico, semicondutor ou metal, migrando atrav\u00e9s do cristal e n\u00e3o associada ao transporte de carga el\u00e9trica e massa. <\/p>\n<p>\u00c9 importante notar que essas quasipart\u00edculas adoram o frio, ou seja, sua atividade s\u00f3 pode ser observada a temperaturas extremamente baixas, o que limita muito sua aplica\u00e7\u00e3o pr\u00e1tica. Mas isso era no passado. Neste trabalho, os cientistas conseguiram superar a limita\u00e7\u00e3o de temperatura e us\u00e1-las a temperaturas ambientes. <\/p>\n<p>A principal caracter\u00edstica dos polaritons \u00e9 a capacidade de unir f\u00f3tons entre si. F\u00f3tons colidindo com \u00e1tomos de rub\u00eddio ganham massa. Durante o processo de m\u00faltiplas colis\u00f5es, os f\u00f3tons se repelent, mas em raras ocasi\u00f5es formam pares e trios, ao mesmo tempo em que perdem a parte at\u00f4mica representada pelo \u00e1tomo de rub\u00eddio.<\/p>\n<p>Mas, para fazer algo com a luz, \u00e9 preciso captur\u00e1-la. Para isso, \u00e9 necess\u00e1rio um ressonador \u00f3ptico, que consiste em um conjunto de elementos refletivos que formam uma onda de luz estacion\u00e1ria. <\/p>\n<p>Neste estudo, um papel crucial \u00e9 desempenhado por quasipart\u00edculas ainda mais incomuns \u2014 os exciton-polaritons, que se formam devido \u00e0 forte intera\u00e7\u00e3o entre excitons e f\u00f3tons, capturados em um ressonador \u00f3ptico. <\/p>\n<p>No entanto, isso n\u00e3o \u00e9 suficiente, pois uma base material \u00e9 necess\u00e1ria, por assim dizer. E quem melhor do que os diclorocenos de metais de transi\u00e7\u00e3o (DPM) desempenhar\u00e1 essa fun\u00e7\u00e3o. Para ser mais preciso, o material emissor utilizado foi um monocamada de WS2 (disulfeto de molibd\u00eanio), que possui energias de liga\u00e7\u00e3o de excitons impressionantes, tornando-se um dos principais crit\u00e9rios para a escolha da base material.<\/p>\n<p>A combina\u00e7\u00e3o de todos os elementos descritos acima permitiu criar um diodo emissor de polaritons controlado eletricamente, funcionando \u00e0 temperatura ambiente.<\/p>\n<p>Para a realiza\u00e7\u00e3o deste dispositivo, o monocamada de WS2 est\u00e1 posicionado entre finas barreiras hexagonais de t\u00fanel feitas de nitreto de boro (hBN), com camadas de grafeno atuando como eletrodos.<\/p>\n<h3>Resultados da Pesquisa<\/h3>\n<p>\nO WS2, sendo um dicloroceno de metais de transi\u00e7\u00e3o, \u00e9 tamb\u00e9m um material at\u00f4mico de Van der Waals (vdW). Isso destaca suas propriedades el\u00e9tricas, \u00f3pticas, mec\u00e2nicas e t\u00e9rmicas \u00fanicas. <\/p>\n<p>Em combina\u00e7\u00e3o com outros materiais vdW, como grafeno (como condutor) e nitreto de boro hexagonal (hBN, como isolante), \u00e9 poss\u00edvel realizar uma s\u00e9rie de dispositivos semicondutores controlados eletricamente, que incluem diodos emissores. Combina\u00e7\u00f5es semelhantes de materiais de Van der Waals e polaritons j\u00e1 foram realizadas anteriormente, conforme afirmam os pesquisadores. No entanto, nas obras anteriores, as sistemas resultantes eram complexos e imperfeitos, al\u00e9m de n\u00e3o revelarem todo o potencial de cada um dos componentes.<\/p>\n<p>Uma das ideias que foi inspirada em seus predecessores \u00e9 a aplica\u00e7\u00e3o de uma plataforma material bidimensional. Nesse caso, \u00e9 poss\u00edvel realizar dispositivos com camadas de emiss\u00e3o atomicamente finas, que podem ser integradas com outros materiais vdW atuando como contatos (grafeno) e barreiras de tunelamento (hBN). Al\u00e9m disso, essa bidimensionalidade permite combinar emissores de polaritons com materiais vdW que possuem propriedades magn\u00e9ticas incomuns, alta supercondutividade e\/ou transfer\u00eancias topol\u00f3gicas n\u00e3o convencionais. Como resultado dessa combina\u00e7\u00e3o, \u00e9 poss\u00edvel obter um novo tipo de dispositivo, cujas propriedades podem ser bastante peculiares. Mas, como dizem os cientistas, isso \u00e9 tema para outra pesquisa.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"O futuro do Li-Fi: polaritons, excitons, f\u00f3tons e um pouco de dissulfeto de tungst\u00eanio\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/10\/474bb4f181450da715077df5ed1d92f3.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Imagem n\u00ba 1<\/i><\/p>\n<p>Na imagem <b>1a<\/b> \u00e9 mostrada um modelo tridimensional do dispositivo, que se assemelha a um bolo de camadas. Como espelho superior do ressonador \u00f3ptico, atua uma camada de prata, enquanto a inferior \u00e9 um refletor distribu\u00eddo de 12 camadas <i>refletor de Bragg*<\/i>. Na regi\u00e3o ativa, est\u00e1 localizada uma zona de tunelamento.<\/p>\n<blockquote><p><b>Refletor de Bragg*<\/b> \u00e9 uma estrutura composta por v\u00e1rias camadas, na qual o \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o do material varia periodicamente perpendicularmente \u00e0s camadas.<\/p><\/blockquote>\n<p>A zona de tunelamento \u00e9 composta por uma heteroestrutura vdW formada por uma camada \u00fanica de WS2 (emissor de luz), camadas finas de hBN em ambos os lados da camada \u00fanica (barreira de tunelamento) e grafeno (eletrodos transparentes para inje\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons e lacunas).<\/p>\n<p>Foram adicionadas mais duas camadas de WS2 para aumentar a for\u00e7a total do gerador e, consequentemente, para uma divis\u00e3o mais pronunciada dos estados de polariton de Rabi.<\/p>\n<p>O modo de opera\u00e7\u00e3o do ressonador \u00e9 ajustado alterando a espessura da camada de PMMA (polimetilmetacrilato, ou seja, acr\u00edlico).<\/p>\n<p>Imagem <b>1b<\/b> esta \u00e9 uma foto da heteroestrutura vdW na superf\u00edcie do refletor de Bragg distribu\u00eddo. Devido \u00e0 alta capacidade refletora do refletor de Bragg distribu\u00eddo, que \u00e9 a camada inferior, a zona de tunelamento na foto apresenta um contraste de reflex\u00e3o muito baixo, resultando na observa\u00e7\u00e3o apenas da camada superior espessa de hBN.<\/p>\n<p>Gr\u00e1fico <b>1C<\/b> representa uma zona de diagrama vdW de heteroestruturas na geometria de t\u00fanel sob deslocamento. A eletroluminesc\u00eancia (EL) \u00e9 observada acima da tens\u00e3o de limiar, quando o n\u00edvel de Fermi do grafeno superior (inferior) \u00e9 deslocado acima (abaixo) da banda de condu\u00e7\u00e3o (val\u00eancia) do WS2, permitindo que um el\u00e9tron (buraco) tunnel para a banda de condu\u00e7\u00e3o (val\u00eancia) do WS2. Isso cria condi\u00e7\u00f5es favor\u00e1veis para a forma\u00e7\u00e3o de excitons na camada de WS2, com subsequente recombina\u00e7\u00e3o radiativa (emissiva) el\u00e9tron-buraco.<\/p>\n<p>Ao contr\u00e1rio dos emissores de luz baseados em jun\u00e7\u00e3o p-n, cuja opera\u00e7\u00e3o requer dopagem, a EL de dispositivos de t\u00fanel depende exclusivamente da corrente de t\u00fanel, evitando assim perdas \u00f3pticas e quaisquer mudan\u00e7as na resistividade espec\u00edficas causadas por varia\u00e7\u00f5es de temperatura. Ao mesmo tempo, a arquitetura de t\u00fanel permite uma \u00e1rea de emiss\u00e3o muito maior em compara\u00e7\u00e3o com dispositivos de dicalcogenetos baseados em jun\u00e7\u00f5es p-n.<\/p>\n<p>Imagem <b>1d<\/b> demonstra as caracter\u00edsticas el\u00e9tricas da densidade de corrente de t\u00fanel (<i>J<\/i>) como fun\u00e7\u00f5es da tens\u00e3o de deslocamento (<i>V<\/i>) entre os eletrodos de grafeno. O aumento acentuado da corrente tanto para a tens\u00e3o positiva quanto para a negativa indica a ocorr\u00eancia de corrente de t\u00fanel atrav\u00e9s da estrutura. Com a espessura ideal das camadas de hBN (~2 nm), observa-se uma corrente de t\u00fanel significativa e um aumento no tempo de vida dos portadores incorporados para a recombina\u00e7\u00e3o emissiva.<\/p>\n<p>Antes de realizar o experimento de eletroluminesc\u00eancia, foi feita uma caracteriza\u00e7\u00e3o do dispositivo quanto \u00e0 refletividade da luz branca com resolu\u00e7\u00e3o angular para confirmar a presen\u00e7a de uma forte liga\u00e7\u00e3o de excitons.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"O futuro do Li-Fi: polaritons, excitons, f\u00f3tons e um pouco de dissulfeto de tungst\u00eanio\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/10\/2eda878b5c3f191c79cbde03c0300d97.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Imagem n\u00ba 2<\/i><\/p>\n<p>Na imagem <b>2a<\/b> s\u00e3o mostrados os espectros de reflex\u00e3o com resolu\u00e7\u00e3o angular da \u00e1rea ativa do dispositivo, demonstrando um comportamento que impede a intersec\u00e7\u00e3o. A fotoluminesc\u00eancia (PL) tamb\u00e9m foi observada sob excita\u00e7\u00e3o n\u00e3o ressonante (460 nm), demonstrando intensa emiss\u00e3o do ramo inferior do polaritom e emiss\u00e3o mais fraca do ramo superior do polaritom (<b>2b<\/b>).<\/p>\n<p>Sobre <b>2c<\/b> A dispers\u00e3o da eletroluminesc\u00eancia do polarit\u00f4nio foi mostrada com a inje\u00e7\u00e3o de 0,1 \u03bcA\/mk\u00b2. A separa\u00e7\u00e3o de Rabi e a perturba\u00e7\u00e3o do ressonador, obtidas atrav\u00e9s do ajuste de modos do oscilador (linha branca cont\u00ednua e pontilhada) ao experimento eletroluminescente, s\u00e3o aproximadamente 33 meV e -13 meV, respectivamente. A perturba\u00e7\u00e3o do ressonador \u00e9 definida como \u03b4 = Ec \u2212 Ex, onde Ex \u00e9 a energia do exc\u00edtono e Ec representa a energia do f\u00f3ton do ressonador com momento nulo no plano. Gr\u00e1fico <b>2d<\/b> este \u00e9 um corte em diferentes \u00e2ngulos da dispers\u00e3o eletroluminescente. Aqui, a dispers\u00e3o dos modos polarit\u00f4nicos superior e inferior com o antinocruzamento, ocorre na zona de resson\u00e2ncia do exc\u00edtono.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"O futuro do Li-Fi: polaritons, excitons, f\u00f3tons e um pouco de dissulfeto de tungst\u00eanio\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/10\/b1793e981c757554ef25c319a590055f.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Imagem n\u00ba 3<\/i><\/p>\n<p>Com o aumento da corrente de tunelamento, a intensidade total do EL aumenta. A fraca EL dos polarit\u00f4nios \u00e9 observada perto da deslocamento de limiar (<b>3a<\/b>), enquanto que com um deslocamento suficientemente grande acima do limiar, a emiss\u00e3o polarit\u00f4nica torna-se distinta (<b>3b<\/b>).<\/p>\n<p>Na imagem <b>3c<\/b> \u00e9 mostrado um gr\u00e1fico polar da intensidade do EL em fun\u00e7\u00e3o do \u00e2ngulo, exibindo um cone estreito de emiss\u00e3o de \u00b1 15\u00b0. O diagrama de radia\u00e7\u00e3o permanece praticamente inalterado tanto para a corrente m\u00ednima (curva verde) quanto para a corrente m\u00e1xima (curva laranja). Na <b>3d<\/b> \u00e9 demonstrada a intensidade integrada com v\u00e1rias correntes de tunelamento em movimento, que, como visto no gr\u00e1fico, \u00e9 bastante linear. Portanto, o aumento da corrente para valores altos pode resultar na dispers\u00e3o bem-sucedida dos polarit\u00f4nios ao longo do ramo inferior e criar um diagrama de radia\u00e7\u00e3o extremamente estreito devido \u00e0 gera\u00e7\u00e3o de polarit\u00f4nios. No entanto, neste experimento, isso n\u00e3o foi poss\u00edvel devido a limita\u00e7\u00f5es impostas pela ruptura diel\u00e9trica da barreira de tunelamento hBN. <\/p>\n<p>Os pontos vermelhos em <b>3d<\/b> mostram as medi\u00e7\u00f5es de um outro par\u00e2metro \u2014 efici\u00eancia qu\u00e2ntica externa* <i>efici\u00eancia qu\u00e2ntica*<\/i>.<\/p>\n<blockquote><p><b>\u00e9 a raz\u00e3o do n\u00famero de f\u00f3tons cuja absor\u00e7\u00e3o levou \u00e0 forma\u00e7\u00e3o de quase-part\u00edculas, para o n\u00famero total de f\u00f3tons absorvidos.<\/b> Qu\u00e2ntica efici\u00eancia*<\/p><\/blockquote>\n<p>A efici\u00eancia qu\u00e2ntica observada \u00e9 compar\u00e1vel \u00e0 de outros LEDs de polaritons (baseados em materiais org\u00e2nicos, tubos de carbono, etc.). Vale ressaltar que, no dispositivo estudado, a espessura da camada emissora \u00e9 de apenas 0,7 nm, enquanto em outros dispositivos esse valor \u00e9 significativamente maior. Os cientistas n\u00e3o escondem que o \u00edndice de efici\u00eancia qu\u00e2ntica de seu dispositivo n\u00e3o \u00e9 o mais alto, mas pode ser aumentado com a adi\u00e7\u00e3o de mais mono-camadas dentro da zona de tunelamento, separadas por camadas finas de hBN. <\/p>\n<p>Os pesquisadores tamb\u00e9m verificaram o impacto da desordem no ressonador sobre a EL do polariton, fabricando outro dispositivo, mas com uma desordem mais forte (-43 meV).<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"O futuro do Li-Fi: polaritons, excitons, f\u00f3tons e um pouco de dissulfeto de tungst\u00eanio\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/10\/fae6b828cd8d3ed6bb6ce5229f44a91d.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Imagem n\u00ba 4<\/i><\/p>\n<p>Na imagem <b>4a<\/b> s\u00e3o mostrados os espectros de EL com resolu\u00e7\u00e3o angular deste dispositivo a uma densidade de corrente de 0,2 \u00b5A\/micron\u00b2. Devido \u00e0 forte desordem, o dispositivo apresenta um efeito de gargalo de garrafa bem definido na EL, com um pico de emiss\u00e3o ocorrendo em um \u00e2ngulo grande. Isso \u00e9 adicionalmente confirmado na imagem <b>4b<\/b>, onde s\u00e3o comparados os gr\u00e1ficos polares deste dispositivo com o primeiro (<b>2c<\/b>).<\/p>\n<p>Para um conhecimento mais detalhado sobre as nuances da pesquisa, recomendo dar uma olhada em <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/arxiv.org\/pdf\/1905.12227.pdf\">o relat\u00f3rio dos cientistas<\/a><\/noindex>.<\/p>\n<h3>Ep\u00edlogo<\/h3>\n<p>\nAssim, todas as observa\u00e7\u00f5es e medi\u00e7\u00f5es acima descritas confirmam a presen\u00e7a de eletroluminesc\u00eancia de polaritons na heteroestrutura vdW embutida em um micro-resonador \u00f3ptico. A arquitetura de tunelamento do dispositivo estudado possibilita a inje\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons\/furos e a recombina\u00e7\u00e3o em uma mono-camada de WS2, que serve como emissor de luz. \u00c9 importante que o mecanismo de tunelamento do dispositivo n\u00e3o exija a dopagem de componentes, minimizando assim perdas e diversas mudan\u00e7as relacionadas \u00e0 temperatura.<\/p>\n<p>Foi estabelecido que a EL possui alta direcionalidade devido \u00e0 dispers\u00e3o do ressonador. Consequentemente, a melhoria na qualidade do ressonador e um fornecimento de corrente mais elevado podem aumentar a efici\u00eancia dos LEDs microresonadores, bem como dos polaritons microresonadores eletricamente controlados e dos lasers fot\u00f4nicos.<\/p>\n<p>Este trabalho reafirmou mais uma vez que os dicetelogenetos de metais de transi\u00e7\u00e3o possuem propriedades realmente \u00fanicas e um amplo espectro de aplica\u00e7\u00f5es.<\/p>\n<p>Estudos semelhantes e inven\u00e7\u00f5es inovadoras podem impactar significativamente o desenvolvimento e a dissemina\u00e7\u00e3o de tecnologias de transmiss\u00e3o de dados por meio de LEDs e da luz em si. Uma dessas tecnologias futuristas \u00e9 o Li-Fi, que pode oferecer velocidades significativamente maiores do que as atualmente dispon\u00edveis com Wi-Fi.<\/p>\n<p>Agrade\u00e7o pela aten\u00e7\u00e3o, mantenham-se curiosos e tenham uma \u00f3tima semana de trabalho, pessoal! \ud83d\ude42<\/p>\n<p>Obrigado por estar conosco. 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