b'\n_START_ARTICLE_\nPropriedades \xc3\xb3ticas de materiais\n_START_PARAGRAPH_\nNos \xc3\xbaltimos anos, a busca por novos dispositivos eletro-oticos tem impulsionado o desenvolvimento de materiais com propriedades \xc3\xb3ticas diferenciadas. A partir disso, novos materiais tem sido investigados e desenvolvidos, vislumbrando aplica\xc3\xa7\xc3\xb5es tecnol\xc3\xb3gicas, como os LEDs org\xc3\xa2nicos (OLEDs), lasers, diodos, etc.  A natureza destes materiais \xc3\xa9 um fator determinante para explicar os diversos fen\xc3\xb4menos \xc3\xb3ticos observados na natureza.\n_START_SECTION_\nAbsor\xc3\xa7\xc3\xa3o interbanda\n_START_PARAGRAPH_\nMateriais semicondutores e isolantes possuem uma borda de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o nas regi\xc3\xb5es espectrais do infra-vermelho, do vis\xc3\xadvel e do ultravioleta. Esta borda de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o \xc3\xa9 originada de transi\xc3\xa7\xc3\xb5es dos el\xc3\xa9trons que comp\xc3\xb5e o s\xc3\xb3lido. Quando o material \xc3\xa9 irradiado, o el\xc3\xa9tron da banda de val\xc3\xaancia absorve energia e pode ser promovido para a banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o. Esse processo \xc3\xa9 conhecido como absor\xc3\xa7\xc3\xa3o interbanda.\n_START_SECTION_\nTransi\xc3\xa7\xc3\xb5es interbandas\n_START_PARAGRAPH_\nOs n\xc3\xadveis de energia de \xc3\xa1tomos isolados consistem em uma s\xc3\xa9rie de estados com energias discretas. Transi\xc3\xa7\xc3\xb5es \xc3\xb3ticas entre essas bandas s\xc3\xb3 ocorrer\xc3\xa3o se forem satisfeitas as regras de sele\xc3\xa7\xc3\xa3o. Em um processo de transi\xc3\xa7\xc3\xa3o \xc3\xb3tica, o el\xc3\xa9tron salta de uma banda de menor energia para outra banda com maior energia pela absor\xc3\xa7\xc3\xa3o de f\xc3\xb3ton. Este tipo de transi\xc3\xa7\xc3\xa3o \xc3\xa9 observado em semicondutores, onde um f\xc3\xb3ton excita um el\xc3\xa9tron da banda val\xc3\xaancia (menor energia) preenchida para uma banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o (maior energia) vazia._NEWLINE_Aplicando a lei da conserva\xc3\xa7\xc3\xa3o da energia para a transi\xc3\xa7\xc3\xa3o interbanda_NEWLINE_onde_NEWLINE_E\xe1\xb5\xa2 \xc3\xa9 a energia do el\xc3\xa9tron na banda inferior _NEWLINE_Ef \xc3\xa9 a energia do estado final na banda superior_NEWLINE_hf \xc3\xa9 a energia do f\xc3\xb3ton incidente. _NEWLINE_As transi\xc3\xa7\xc3\xb5es interbandas ser\xc3\xa3o poss\xc3\xadveis somente se hf > Eg.  Ao ser excitado, o el\xc3\xa9tron deixa o estado inicial E\xe1\xb5\xa2 na banda mais baixa ocupada, criando um buraco neste estado. Desta forma, o processo de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o cria um par el\xc3\xa9tron-buraco nos estados final e inicial, respectivamente._NEWLINE_Em materiais com hiato de energia direto, o m\xc3\xadnimo da banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o est\xc3\xa1 alinha com o m\xc3\xa1ximo da banda de val\xc3\xaancia, portanto, a transi\xc3\xa7\xc3\xa3o interbanda ocorre de forma direta.  No caso dos materiais com hiato de energia indireto, o m\xc3\xadnimo da banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o est\xc3\xa1 deslocado em rela\xc3\xa7\xc3\xa3o ao m\xc3\xa1ximo da banda de val\xc3\xaancia._NEWLINE_Em s\xc3\xb3lidos com hiato de energia indireto, a transi\xc3\xa7\xc3\xa3o interbanda ocorre com a assist\xc3\xaancia de um f\xc3\xb4non, que \xc3\xa9 emitido ou absorvido, ao contr\xc3\xa1rio das transi\xc3\xa7\xc3\xb5es diretas, onde apenas o f\xc3\xb3ton participa do processo. O GaAs \xc3\xa9 um exemplo padr\xc3\xa3o de transi\xc3\xa7\xc3\xb5es interbandas diretas. Ele tamb\xc3\xa9m \xc3\xa9 um importante material para aplica\xc3\xa7\xc3\xb5es optoeletr\xc3\xb4nicas._NEWLINE_A fim de compreender as transi\xc3\xa7\xc3\xb5es interbandas diretas, \xc3\xa9 poss\xc3\xadvel utilizar um modelo simplificado de quatro bandas. As quatro bandas t\xc3\xaam dispers\xc3\xb5es parab\xc3\xb3licas. A curvatura positiva da banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o indica que ela corresponde a uma banda de el\xc3\xa9tron enquanto que a curvatura negativa das bandas de val\xc3\xaancia corresponde a estados de buracos. Duas bandas dos buracos s\xc3\xa3o degeneradas pr\xc3\xb3ximo ao topo. Estes s\xc3\xa3o conhecidos como as bandas de buracos pesados e buracos leves, onde a banda do buraco pesado possui menor curvatura. A terceira banda, que est\xc3\xa1 desviada para uma posi\xc3\xa7\xc3\xa3o de menor energia, \xc3\xa9 conhecida como banda de buracos split-off.\n_START_SECTION_\nAbsor\xc3\xa7\xc3\xa3o \xc3\xb3tica sob a influ\xc3\xaancia de campos el\xc3\xa9trico ou magn\xc3\xa9tico\n_START_PARAGRAPH_\nA absor\xc3\xa7\xc3\xa3o \xc3\xb3tica de um material semicondutor \xc3\xa9 alterada mediante a aplica\xc3\xa7\xc3\xa3o de um campo el\xc3\xa9trico. Este efeito \xc3\xa9 conhecido como Franz-Keldysh. As constantes \xc3\xb3ticas e o \xc3\xadndice do material s\xc3\xa3o moduladas atrav\xc3\xa9s da aplica\xc3\xa7\xc3\xa3o de um campo el\xc3\xa9trico. O campo pode ser variado com depend\xc3\xaancia linear ou quadr\xc3\xa1tica, produzindo um efeito eletro-\xc3\xb3tico._NEWLINE_Considerando a absor\xc3\xa7\xc3\xa3o em um campo magn\xc3\xa9tico, a aplica\xc3\xa7\xc3\xa3o de um intenso campo com uma densidade de fluxo B induz os el\xc3\xa9trons do material a realizarem movimento circular em torno do campo, com freq\xc3\xbc\xc3\xaancia igual \xc3\xa0 freq\xc3\xbc\xc3\xaancia c\xc3\xadclotron segundo a rela\xc3\xa7\xc3\xa3o_NEWLINE_onde _NEWLINE_e - carga do el\xc3\xa9tron_NEWLINE_m\xe2\x82\x80 - massa_NEWLINE_Do ponto de vista qu\xc3\xa2ntico, as \xc3\xb3rbitas e energias dos el\xc3\xa9trons t\xc3\xaam valores quantizados e s\xc3\xa3o dados por _NEWLINE_para n = 0, 1, 2... .Estes n\xc3\xadveis quantizados de energia s\xc3\xa3o chamados de n\xc3\xadveis de Landau. Em semicondutores sob a presen\xc3\xa7a de um forte campo magn\xc3\xa9tico na dire\xc3\xa7\xc3\xa3o z, o movimento dos el\xc3\xa9trons na banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o e dos buracos na banda de val\xc3\xaancia ser\xc3\xa1 quantizado no plano xy, porem, livres na dire\xc3\xa7\xc3\xa3o z.\n_START_SECTION_\nMedida do espectro de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o\n_START_PARAGRAPH_\nO coeficiente de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o de um material \xc3\xa9 geralmente determinado pela medida da transmiss\xc3\xa3o de uma amostra. A luz de uma fonte de luz branca de baixa intensidade atravessa a amostra, e o espectro da luz transmitida \xc3\xa9 obtido. O coeficiente de transmiss\xc3\xa3o \xc3\xa9 determinado pelo c\xc3\xa1lculo da raz\xc3\xa3o da luz incidente no detector com ou sem a amostra presente. O coeficiente de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o \xc3\xa9 ent\xc3\xa3o calculado a transmiss\xc3\xa3o ap\xc3\xb3s medir as refletividades em um experimento separado._NEWLINE_Em comprimentos de onda mais longos o espectr\xc3\xb3grafo e o detector devem ser substitu\xc3\xaddos por um esc\xc3\xa2ner monocrom\xc3\xa1tico com um apropriado detector de infra-vermelho. Para comprimentos de onda al\xc3\xa9m de cinco micrometros, \xc3\xa9 comum usar espectr\xc3\xb4metros de Transformada de Fourier para medidas de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o. Cabe ressaltar que, em alguns materiais, a absor\xc3\xa7\xc3\xa3o \xc3\xa9 t\xc3\xa3o intensa que se torna impratic\xc3\xa1vel usar medidas de transmiss\xc3\xa3o para obter o coeficiente de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o. No sil\xc3\xadcio, por exemplo, o coeficiente de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o excede 10\xe2\x81\xb8  m em alguns comprimentos de onda, o qual estaria menos de 0.01%. Neste caso, a absor\xc3\xa7\xc3\xa3o \xc3\xa9 calculada a partir da parte imagin\xc3\xa1ria do \xc3\xadndice de refra\xc3\xa7\xc3\xa3o complexo.\n_START_SECTION_\n\xc3\x89xcitons\n_START_PARAGRAPH_\nEm materiais isolantes ou semicondutores, a absor\xc3\xa7\xc3\xa3o de um f\xc3\xb3ton com energia maior que o hiato de energia (diferen\xc3\xa7a de energia entre a banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o e a banda de val\xc3\xaancia) do material, promove a transi\xc3\xa7\xc3\xa3o do el\xc3\xa9tron da banda de val\xc3\xaancia para a banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o. Desta forma, essa transi\xc3\xa7\xc3\xa3o cria um el\xc3\xa9tron na banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o e uma lacuna, com carga oposta \xc3\xa0 carga do el\xc3\xa9tron na banda de val\xc3\xaancia, conhecido por buraco. Esse par el\xc3\xa9tron-buraco \xc3\xa9 uma quasipart\xc3\xadcula, no qual h\xc3\xa1 uma intera\xc3\xa7\xc3\xa3o coulombiana m\xc3\xbatua entre essas part\xc3\xadculas. Essa quasipart\xc3\xadcula \xc3\xa9 chamada de \xc3\xa9xciton. De maneira mais simples, o \xc3\xa9xciton pode ser concebido como um pequeno sistema hidrogen\xc3\xb3ide, similar a um \xc3\xa1tomo positr\xc3\xb4nico, com o el\xc3\xa9tron e o buraco em uma \xc3\xb3rbita est\xc3\xa1vel em torno um do outro._NEWLINE_Existem dois tipos b\xc3\xa1sicos, observados em materiais cristalinos:\n_START_SECTION_\n\xc3\x89xcitons livres (\xc3\xa9xcitons de Wannier-Mott)\n_START_PARAGRAPH_\nS\xc3\xa3o principalmente observados em semicondutores. Em um \xc3\xa9xciton livre, a separa\xc3\xa7\xc3\xa3o media entre os el\xc3\xa9trons e buracos \xc3\xa9 muito maior que valor m\xc3\xa9dio do espa\xc3\xa7amento at\xc3\xb4mico. Sendo assim, o \xc3\xa9xciton livre \xc3\xa9 definido, de uma maneira simples, como um par el\xc3\xa9tron-buraco fracamente ligado. Na descri\xc3\xa7\xc3\xa3o dos \xc3\xa9xcitons livres, tem sido utilizado o modelo de Bohr.\n_START_SECTION_\n\xc3\x89xcitons fortemente ligados (\xc3\xa9xcitons de Frenkel)\n_START_PARAGRAPH_\ns\xc3\xa3o encontrados em cristais isolantes e cristais moleculares. Quando o raio do \xc3\xa9xciton se torna compar\xc3\xa1vel ao espa\xc3\xa7amento interat\xc3\xb4mico, o modelo de \xc3\xa9xciton livre deixa de ser v\xc3\xa1lido. Essa caracter\xc3\xadstica \xc3\xa9 observada em materiais com pequenas constantes diel\xc3\xa9tricas, mas com alto valor da massa efetiva. \xc3\x89xcitons de Frenkel t\xc3\xaam raios muito pequenos e energias de liga\xc3\xa7\xc3\xa3o significativamente grandes, com valores t\xc3\xadpicos de 0.1 eV a v\xc3\xa1rios eV, sendo geralmente est\xc3\xa1veis a temperatura ambiente. _NEWLINE_Efeitos excit\xc3\xb4nicos em pol\xc3\xadmeros conjugados, como o polidiacetileno, t\xc3\xaam gerado importantes produtos tecnol\xc3\xb3gicos nos \xc3\xbaltimos anos, seguindo o desenvolvimento de diodos org\xc3\xa2nicos para uso em tecnologia de display.\n_START_SECTION_\nLuminesc\xc3\xaancia\n_START_PARAGRAPH_\n\xc3\x81tomos podem emitir luz de forma espont\xc3\xa2nea quando decaem de estados excitados para n\xc3\xadveis de energia mais baixos. Nos materiais s\xc3\xb3lidos, o processo de emiss\xc3\xa3o espont\xc3\xa2nea de luz \xc3\xa9 chamado de luminesc\xc3\xaancia.  Quando o decaimento do el\xc3\xa9tron ocorre da banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o para a banda de val\xc3\xaancia, a luminesc\xc3\xaancia \xc3\xa9 dita interbanda. Luminesc\xc3\xaancia pode ocorrer atrav\xc3\xa9s de diversos mecanismos, sendo os principais:_NEWLINE_Fotoluminesc\xc3\xaancia: a re-emiss\xc3\xa3o de luz ap\xc3\xb3s absor\xc3\xa7\xc3\xa3o de um f\xc3\xb3ton de alta energia._NEWLINE_Eletroluminesc\xc3\xaancia: a emiss\xc3\xa3o de luz causada pela aplica\xc3\xa7\xc3\xa3o de uma corrente el\xc3\xa9trica atrav\xc3\xa9s do material.\n_START_SECTION_\nFotoluminesc\xc3\xaancia\n_START_PARAGRAPH_\nA fotoluminesc\xc3\xaancia ocorre em semicondutores de hiato de energia direto, a re-emiss\xc3\xa3o de luz se d\xc3\xa1 atrav\xc3\xa9s de uma luminesc\xc3\xaancia interabanda, onde o el\xc3\xa9tron decai da banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o para a banda de val\xc3\xaancia, quando o semicondutor \xc3\xa9 excitado por um f\xc3\xb3ton com energia maior que a energia do hiato de energia Eg._NEWLINE_Uma fonte de excita\xc3\xa7\xc3\xa3o emite f\xc3\xb3tons que promovem os el\xc3\xa9trons da banda de val\xc3\xaancia, que acabam deixando buracos na banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o. Para isso ocorrer, a energia dos f\xc3\xb3tons emitidos deve ser maior que a energia do hiato de energia do material. Neste processo, inicialmente, os el\xc3\xa9trons s\xc3\xa3o promovidos para estados mais altos na banda de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o, permanecendo por pouco tempo nestes estados. A energia desses el\xc3\xa9trons diminui devido \xc3\xa0 emiss\xc3\xa3o de f\xc3\xb4nons dentro da banda. A partir disso, observam-se transi\xc3\xa7\xc3\xb5es que ocorrem dentro da banda do tipo cascata.\n_START_SECTION_\nEletroluminesc\xc3\xaancia\n_START_PARAGRAPH_\nEletroluminesc\xc3\xaancia \xc3\xa9 um processo pelo qual a luminesc\xc3\xaancia \xc3\xa9 gerada enquanto uma corrente el\xc3\xa9trica flui atrav\xc3\xa9s de um dispositivo optoeletr\xc3\xb4nico. Existem dois principais tipos de dispositivos:_NEWLINE_1-Diodos de emiss\xc3\xa3o de luz (LEDs)_NEWLINE_2-Lasers de semicondutores.\n_START_SECTION_\nDiodos emissores de luz\n_START_PARAGRAPH_\nAs regi\xc3\xb5es em p e n em um LED s\xc3\xa3o altamente dopadas para produzir distribui\xc3\xa7\xc3\xb5es degeneradas de buracos na regi\xc3\xa3o p e el\xc3\xa9trons na regi\xc3\xa3o n. No equil\xc3\xadbrio t\xc3\xa9rmico, com tens\xc3\xa3o nula aplicada sobe o dispositivo, a energia de Fermi deve ser a mesma em todos os pontos do dispositivo. As bandas se alinham com as energias de Fermi das regi\xc3\xb5es p e n na mesma energia. Na jun\xc3\xa7\xc3\xa3o, forma-se uma regi\xc3\xa3o de deple\xc3\xa7\xc3\xa3o, onde n\xc3\xa3o h\xc3\xa1 presen\xc3\xa7a de el\xc3\xa9trons e buracos. Nestas condi\xc3\xa7\xc3\xb5es, n\xc3\xa3o h\xc3\xa1 emiss\xc3\xa3o de luz porque n\xc3\xa3o h\xc3\xa1 popula\xc3\xa7\xc3\xa3o significante de el\xc3\xa9trons e buracos dentro do dispositivo._NEWLINE_Quando uma tens\xc3\xa3o de V\xe2\x82\x80~Eg/e \xc3\xa9 aplicada sobre o dispositivo para produzir uma corrente promove desvios nos n\xc3\xadveis de Fermi. A regi\xc3\xa3o de deple\xc3\xa7\xc3\xa3o diminui, permitindo a difus\xc3\xa3o dos el\xc3\xa9trons das regi\xc3\xb5es n para regi\xc3\xb5es p e vice-versa e criando uma regi\xc3\xa3o na jun\xc3\xa7\xc3\xa3o onde el\xc3\xa9trons e buracos est\xc3\xa3o presentes. Os el\xc3\xa9trons recombinam com os buracos, emitindo f\xc3\xb3tons de energia Eg por luminesc\xc3\xaancia interbanda. Os el\xc3\xa9trons e buracos o qual se recombinam s\xc3\xa3o reabastecidos pela corrente que flui atrav\xc3\xa9s do dispositivo do circuito externo.\n_START_SECTION_\nLasers de semicondutores\n_START_PARAGRAPH_\nLasers de semicondutores, apesar da dificuldade de fabrica\xc3\xa7\xc3\xa3o, o desempenho desses dispositivos s\xc3\xa3o superiores aos LEDs, portanto, \xc3\xa9 empregado em aplica\xc3\xa7\xc3\xb5es de maior necessidade de efici\xc3\xaancia. Os principais materiais utilizados para fabrica\xc3\xa7\xc3\xa3o s\xc3\xa3o baseados em GaAs (Arseneto de G\xc3\xa1lio), operando em regi\xc3\xb5es espectrais do infravermelho e infravermelho pr\xc3\xb3ximo. Uma novidade tecnol\xc3\xb3gica recente s\xc3\xa3o os lasers azuis, fabricado com materiais baseados em nitrato. A palavra laser vem de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Isso quer dizer que os lasers s\xc3\xa3o dispositivos baseados em emiss\xc3\xa3o estimulada da luz. Na emiss\xc3\xa3o estimulada, h\xc3\xa1 um aumento do n\xc3\xbamero de f\xc3\xb3tons quando a luz interage com os \xc3\xa1tomos do meio, ou seja, este processo causa amplifica\xc3\xa7\xc3\xa3o do feixe luminoso, ao contr\xc3\xa1rio da absor\xc3\xa7\xc3\xa3o, onde o h\xc3\xa1 diminui\xc3\xa7\xc3\xa3o dos f\xc3\xb3tons._NEWLINE_Considerando esquematicamente um laser em equil\xc3\xadbrio t\xc3\xa9rmico, a popula\xc3\xa7\xc3\xa3o do n\xc3\xadvel de energia menor N\xe2\x82\x81 \xc3\xa9 maior que a popula\xc3\xa7\xc3\xa3o do n\xc3\xadvel de maior energia N\xe2\x82\x82, ou seja, N\xe2\x82\x81 > N\xe2\x82\x82. Isso significa que a taxa de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o excede a taxa de emiss\xc3\xa3o estimulada resultando em uma atenua\xc3\xa7\xc3\xa3o do feixe.  Modelando o dispositivo de tal forma que a popula\xc3\xa7\xc3\xa3o de maior energia N\xe2\x82\x82 seja maior que a popula\xc3\xa7\xc3\xa3o de menor energia N\xe2\x82\x81, a taxa de emiss\xc3\xa3o estimulada da luz seria superior \xc3\xa0 taxa de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o e, portanto, o feixe seria amplificado. Esta condi\xc3\xa7\xc3\xa3o se chama invers\xc3\xa3o de popula\xc3\xa7\xc3\xa3o, pois neste caso N\xe2\x82\x82 > N\xe2\x82\x81._NEWLINE_Um t\xc3\xadpico arranjo para um laser de diodo \xc3\xa9 formado apenas por um chip semicondutor. As refletividades das superf\xc3\xadcies nas extremidades do cristal t\xc3\xaam rendimento de aproximadamente 30%, considerado que, a refletividade em uma das extremidades deve ser muito superior a segunda extremidade.'