Resumo:
Uma equipe da Universidade de Buffalo usou cálculos de primeiros princípios para prever que tipo de "impressões digitais" ópticas diferentes defeitos atômicos em nitreto de boro hexagonal produziriam ao encontrar luz laser. O estudo analisou dez tipos de defeitos, incluindo vacâncias de átomos de boro ou nitrogênio, e estruturas de defeitos formadas por átomos de carbono substituindo as posições de boro e nitrogênio, e descobriu que eles mudariam a intensidade e as características de polarização do sinal de luz gerado pelo material.
O nitreto de boro hexagonal é um material bidimensional que tem chamado a atenção, consistindo de átomos de boro e nitrogênio dispostos em uma estrutura em favo de mel. A pesquisa mostra que os defeitos têm pouco impacto na resposta óptica linear comum do material, mas podem aumentar significativamente o efeito óptico não linear: algumas estruturas podem permitir que o laser incidente gere luz com o dobro ou o triplo da frequência. Entre eles, o sinal do segundo harmônico do complexo de defeito do átomo de carbono pode ser aumentado em várias ordens de grandeza, e o sinal muda com a direção da polarização.
Espera-se que essas diferenças ajudem os pesquisadores a identificar quais átomos os defeitos contêm e como eles estão organizados. Mesmo que o defeito consista no mesmo tipo e número de átomos, o espectro de polarização resultante pode ser diferente, desde que a geometria seja diferente. Por exemplo, de dois arranjos de quatro carbonos simulados pelo estudo, esperava-se que um produzisse um sinal forte em ambas as direções de polarização, enquanto o outro fosse significativamente melhorado em apenas uma direção. A equipe de pesquisa também mediu amostras de nitreto de boro dopado com carbono, e os resultados experimentais apoiaram qualitativamente as tendências previstas pelos cálculos; no entanto, este trabalho ainda não demonstrou um dispositivo de detecção maduro que possa identificar defeitos atômicos únicos, um por um.
Alguns defeitos hexagonais de nitreto de boro podem emitir um fóton por vez e devem ser usados em comunicações quânticas e detecção de alta sensibilidade. Os pesquisadores esperam usar essas características ópticas para detectar defeitos adequados para a geração de luz quântica e controlar ainda mais sua localização no material, criando, em última análise, uma matriz composta por múltiplas fontes de luz quântica dispostas com precisão. Pesquisa relevante foi publicada na Nano Letters. Atualmente, fornece principalmente base teórica para identificação e projeto de defeitos. Dispositivos quânticos práticos ainda requerem verificação subsequente e desenvolvimento de engenharia.
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