Uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo o físico brasileiro Leonardo França, publicou no dia 14 de fevereiro de 2025, no periódico Nanophotonics, um estudo que avança na compreensão e controle de defeitos em materiais usados em tecnologias ópticas. O artigo, intitulado “All-optical control of charge-trapping defects in rare-earth doped oxides”, investiga como a luz pode ser usada para manipular defeitos atômicos em óxidos dopados com íons de terras raras — sem a necessidade de calor ou eletricidade.
França é graduado em Física-Bacharelado pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN, 2015), mestre e doutor em Física Aplicada à Medicina e Biologia pela Universidade de São Paulo (USP – 2018 e 2022). Durante o seu doutorado, participou do Programa Institucional de Internacionalização (Print) por um ano no Paul Scherrer Institut (Suíça), financiado pela CAPES. Atualmente, o cientista brasileiro é pós-doutor na Universidade de Chicago, nos Estados Unidos. A participação de Leonardo França reforça a presença brasileira em pesquisas de ponta na área da nanofotônica.
A pesquisa utilizou amostras de óxido de ítrio (Y₂O₃), tanto não-dopadas quanto dopadas com 20 partes por milhão de praseodímio (Pr³⁺). As amostras foram analisadas por espectroscopia de fotoluminescência (PL), luminescência opticamente estimulada (OSL) e termoluminescência (TL). As excitações ópticas foram realizadas com luz ultravioleta filtrada por monocromador, enquanto a leitura da emissão foi feita com detectores de luz de alta sensibilidade durante estimulação ótica ou térmica, com precisão controlada por sistemas de sincronização.
Um dos principais resultados foi a demonstração de que a excitação de íons de Pr³⁺ através da transição eletrônica 4f-5d é eficaz para alterar a carga elétrica de defeitos locais do material. A recombinação dessas cargas, por sua vez, pode ocorrer tanto pela relaxação dos íons de praseodímio quanto por processos internos do próprio material hospedeiro. A técnica apresentada, chamada espectroscopia de aprisionamento óptico de cargas, não apenas permite o controle do ambiente local de cargas, como também oferece uma nova ferramenta para investigar interações entre defeitos e centros emissores de luz. Isso abre possibilidades para o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento óptico de alta densidade e para aplicações em computação quântica, onde o controle preciso de íons emissores individuais é fundamental.
Ao permitir manipulação e leitura de estados eletrônicos com resolução espacial nanoscópica — por meio de microscopia óptica de alta abertura numérica — a abordagem proposta pode contribuir para aumentar a coerência quântica de emissores de terras raras, suprimindo ruídos e instabilidades espectrais. Trata-se de um avanço conceitual e técnico rumo a dispositivos fotônicos mais eficientes, sensíveis e autônomos.
(Colaborou Roger Marzochi)