Estudo mostra que o iodeto de chumbo permite confinar luz em escala nanométrica, abrindo caminho para novos dispositivos ultrarrápidos de transmissão de dados
Um cristal bidimensional formado por camadas ultrafinas de iodeto de chumbo (PbI₂) desponta como uma alternativa promissora para a criação de uma nova geração de circuitos fotônicos capazes de transmitir informações usando luz e vibrações mecânicas, em vez de elétrons, na faixa de frequências do terahertz.

A pesquisa, publicada na revista Nature Communications, foi conduzida por cientistas do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em colaboração com pesquisadores da Université de Lille e outras instituições internacionais.
A faixa de terahertz ocupa uma região do espectro eletromagnético entre o infravermelho e as micro-ondas e é considerada estratégica para futuras tecnologias de comunicação de alta velocidade. Atualmente, redes como Wi-Fi e 5G operam em frequências da ordem de gigahertz, mas pesquisadores buscam avançar para centenas de gigahertz e até terahertz para ampliar significativamente a capacidade de transmissão de dados.
Segundo Raul de Oliveira Freitas, coordenador do estudo e responsável pela linha de luz Imbuia, do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS-CNPEM), o trabalho demonstrou que o iodeto de chumbo, além de barato, pode formar cristais de altíssima qualidade capazes de atuar como guias de onda para radiação nessa faixa de frequência.

Esses cristais poderão ser empregados em diferentes componentes fotônicos, como ressonadores, divisores de feixe e moduladores ópticos — dispositivos fundamentais para futuras arquiteturas de comunicação baseadas em luz.
O aspecto mais inovador do estudo está na capacidade de comprimir e confinar a luz em dimensões extremamente pequenas, muito abaixo do comprimento de onda original. Enquanto ondas na faixa de terahertz possuem centenas de micrômetros de comprimento, os pesquisadores conseguiram confiná-las em regiões menores que 50 nanômetros.

Esse fenômeno ocorre graças à formação de fônon-poláritons, quase-partículas híbridas geradas pela interação entre vibrações da rede cristalina e luz. Essas estruturas apresentam propriedades diferentes tanto das ondas luminosas quanto das vibrações isoladas, permitindo manipular radiação além do chamado limite de difração da óptica convencional.
Para alcançar esse resultado, a equipe utilizou microscopia óptica de campo próximo do tipo s-SNOM, técnica que emprega pontas metálicas nanométricas capazes de concentrar intensamente o campo eletromagnético em regiões ultrapequenas.
Outro destaque do estudo foi o elevado fator de qualidade dos fônon-poláritons no PbI₂ — medida que indica quanto tempo a oscilação consegue persistir antes de se dissipar. O desempenho foi comparável ao do nitreto de boro hexagonal (hBN), considerado referência internacional para aplicações fotônicas no infravermelho.

Ao contrário do hBN, porém, o iodeto de chumbo apresenta vantagens importantes: utiliza elementos abundantes e baratos e pode ser sintetizado de forma simples, inclusive em condições laboratoriais pouco complexas.
Os pesquisadores avaliam que a tecnologia poderá contribuir para o desenvolvimento de circuitos fotônicos integrados, substituindo ou complementando os atuais circuitos eletrônicos. A expectativa é aumentar a velocidade de transmissão de informações e reduzir perdas energéticas, de forma semelhante ao que ocorreu na substituição dos cabos elétricos por fibras ópticas nas telecomunicações.

Além das aplicações em fotônica, o iodeto de chumbo também tem relevância na pesquisa de perovskitas — materiais amplamente estudados para células solares e dispositivos optoeletrônicos de alta eficiência.
Como desdobramento do trabalho, o CNPEM prepara uma nova infraestrutura experimental no Sirius, chamada Tatu, dedicada à investigação de materiais na faixa de terahertz. A instalação permitirá estudar diferentes materiais com propriedades semelhantes às do PbI₂ e deverá ser uma das poucas estruturas do tipo no mundo.

Embora ainda esteja no campo da ciência fundamental, o estudo reforça a perspectiva de que circuitos baseados em luz possam se tornar cada vez mais presentes em dispositivos tecnológicos do cotidiano.