A China criou um laser de estado sólido compacto para a faixa do ultravioleta extremo (VUV), antes inacessível – uma situação vantajosa para a ciência, o setor espacial e os fabricantes de chips.

Cientistas chineses do Instituto de Física e Química de Xinjiang (XIPC) da Academia Chinesa de Ciências desenvolveram um novo cristal óptico não linear, o ABF (fluoroxoborato de amônio, NH₄B₄O₆F). Este material resolve o problema da criação de fontes compactas de radiação ultravioleta a vácuo (VUV). Anteriormente, ninguém, incluindo a ASML, havia conseguido atingir esse alcance sem um investimento significativo.

Fonte da imagem: SCMP

A descoberta feita por cientistas chineses, que dedicaram mais de 10 anos ao seu desenvolvimento, pode abrir um novo capítulo na ciência e na tecnologia. Até então, lasers com comprimentos de onda abaixo de 200 nm e acima de 20 nm exigiam um síncrotron ou uma fonte de plasma. Esses equipamentos são de escala industrial, enquanto o laser de estado sólido chinês, baseado no cristal ABF, cabe em uma mesa.

Os cientistas relataram sua descoberta em uma edição recente da revista Nature. Eles demonstraram como, graças a uma combinação única de propriedades, o novo desenvolvimento supera as limitações de hardware anteriores relacionadas a peso e tamanho, proporcionando alta transparência na faixa do ultravioleta extremo (VUV), um forte coeficiente não linear e refração suficiente para o casamento de fase.

Usando a tecnologia de duplicação de frequência (no segundo harmônico), os cientistas produziram um feixe de laser pela primeira vez em um comprimento de onda recorde de 158,9 nm — o menor comprimento de onda já registrado para um laser de estado sólido. Além disso, o sistema atingiu uma energia de pulso máxima no modo de nanossegundos de 4,8 mJ (a 177,3 nm) com uma eficiência de conversão máxima de até 7,9%. Esses números fazem do cristal ABF a fonte de radiação VUV de estado sólido mais eficiente e potente disponível atualmente. A ASML chegou a tentar criar um laser de plasma com comprimento de onda de 158 nm, mas abandonou a ideia após muitos anos de experimentação.

As vantagens do cristal ABF em relação aos seus antecessores são enormes: seu design totalmente em estado sólido torna o laser compacto (do tamanho de uma unidade de mesa), reduz os custos de produção e manutenção e melhora a estabilidade e a vida útil. Ao contrário dos lasers de excímero a gás,Ao contrário das fontes de radiação síncrotron, o ABF não requer substâncias tóxicas (como o berílio no KBBF) e opera sem a necessidade de enormes sistemas de vácuo do tamanho de uma sala. Isso abre caminho para lasers VUV acessíveis e suficientemente potentes para aplicações cotidianas e científicas.

As aplicações potenciais incluem processamento de materiais de ultraprecisão, inspeção e fabricação de semicondutores (incluindo litografia e controle de qualidade de chips), computação quântica, espectroscopia de supercondutores, estudos de reações químicas e tecnologia espacial.