Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) utilizaram a tecnologia de impressão 3D para criar estruturas helicoidais em miniatura aplicáveis ​​à faixa de terahertz. Essas estruturas podem gerar feixes de luz polarizada circularmente com eficácia e são promissoras para aplicações em comunicações, sensoriamento e criptografia. As descobertas, publicadas na revista *Advanced Science*, analisaram sistematicamente os parâmetros helicoidais e demonstraram o potencial da impressão 3D para dispositivos de terahertz. Esta é uma imagem de microscopia eletrônica de varredura de uma matriz helicoidal impressa em 3D criada por pesquisadores do LLNL.

As frequências de terahertz oferecem vantagens únicas em comunicação e sensoriamento, mas seus comprimentos de onda correspondentes dificultam a fabricação com componentes ópticos convencionais. A equipe de pesquisa concentrou-se em resolver o principal desafio de gerar luz polarizada circularmente. O líder do projeto e cientista de materiais, Wonjin Choi, observou: "Os metamateriais, usando geometria otimizada, são uma maneira eficaz de gerar feixes de luz polarizada circularmente na faixa de frequência de terahertz, porque atualmente não existem cristais ópticos adequados para comprimentos de onda eletromagnéticos tão longos." As propriedades quirais da luz polarizada circularmente são cruciais para sondar informações como a estrutura de biomoléculas.

A equipe utilizou a polimerização de dois fótons, uma tecnologia de impressão 3D de alta precisão, para fabricar as estruturas. "As frequências de terahertz, com comprimentos de onda em torno de 300 µm, são ideais para a polimerização de dois fótons, permitindo-nos criar e controlar facilmente qualquer geometria nessa escala", disse Xiaoxing Xia, engenheiro do Departamento de Engenharia de Materiais. Os pesquisadores otimizaram diversos parâmetros, incluindo o número de voltas e o raio da hélice, por meio de simulações antes da impressão precisa.

A estrutura helicoidal impressa exibiu características de resposta de banda larga na faixa de terahertz e gerou luz polarizada circularmente de forma confiável. A pesquisa também descobriu que o arranjo de hélices com diferentes sentidos de rotação em uma matriz produziu um efeito de acoplamento aprimorado. Essa descoberta levou ao conceito de um novo "código QR quiral". Wonjin Choi explicou: "Os códigos QR típicos codificam informações usando amplitude binária ou brilho, mas este código QR codifica informações de uma forma que se sincroniza com as rotações de polarização para a esquerda e para a direita." Este tipo de código QR requer filtros de polarização específicos para ser lido, proporcionando uma nova abordagem para a criptografia de informações.

Esta pesquisa também avançou o próprio processo de impressão 3D. A equipe empregou uma técnica inovadora de impressão paralela, utilizando uma matriz de superlentes para gerar simultaneamente um grande número de pontos focais, melhorando significativamente a eficiência de impressão de estruturas complexas. Xiaoxing Xia acrescentou: "A impressão com uma impressora comercial leva muito tempo, mas nossa impressora paralela realmente melhorou a eficiência de impressão, tornando esta aplicação uma realidade." Esta tecnologia combina otimização de materiais com manufatura avançada, abrindo caminho para o desenvolvimento de novos dispositivos de terahertz.