Eletrônica

Computação óptica: Chip plasmônico aprisiona arco-íris

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/04/2011

Chip plasmônico aprisiona um arco-íris para a computação óptica
Demonstração experimental da luz aprisionada: diferentes cores são retidas em diferentes posições ao longo da estrutura plasmônica. [Imagem: U. Buffalo]

Cientistas já conseguiram aprisionar o arco-íris no interior de um metamaterial e dentro de uma armadilha de espelhos.

Esse efeito de aprisionamento de diversos comprimentos de onda da luz - diversas cores - tem grande potencial para ser usado no armazenamento óptico de dados e nas comunicações.

Reduzir a velocidade da luz

Computadores que funcionem à base de luz gastarão menos energia e serão muito mais velozes do que os atuais.

Mas a luz é rápida demais para a tecnologia atual. É por isso que os cientistas ficam tentando diminuir sua velocidade, aprisionando-a no interior de diversos tipos de estruturas.

No dia em que eles conseguirem parar definitivamente a luz, abrir-se-á um campo totalmente novo para o armazenamento e o processamento de dados.

"No momento, o processamento de sinais ópticos é limitado pela rapidez com que o sinal pode ser interpretado," explica Qiaoqiang Gan, da Universidade Buffalo, nos Estados Unidos. "Se o sinal puder ser retardado, mais informações poderão ser processadas sem sobrecarregar o sistema."

Chips plasmônicos

Gan explica que o objetivo final é alcançar uma revolução nas comunicações ópticas chamada comunicação multiplexada com múltiplos comprimentos de onda - quando os dados ópticos poderão ser controlados em diferentes comprimentos de onda, aumentando muito a capacidade de transmissão e processamento.

E ele e seus colegas deram um passo importante nessa direção: eles reduziram a velocidade de um feixe de luz com uma larga faixa de frequências - quase um arco-íris, por assim dizer - usando um tipo de material chamado estrutura nanoplasmônica - ou chips plasmônicos.

Plásmons de superfície são nuvens de elétrons que flutuam sobre a superfície dos metais.

As estruturas nanoplasmônicas são construídas fazendo sulcos em nanoescala em superfícies metálicas, a diferentes profundidades, o que altera as propriedades ópticas dos materiais ao dirigir o fluxo desses plásmons de superfície e se aproveitando de suas ressonâncias.

O chip plasmônico é na verdade um elo de ligação entre a eletrônica - os chips tradicionais - e a fotônica - os futuros chips ópticos.

Isso abre a possibilidade de integração dessas diferentes tecnologias em um mesmo dispositivo, com impacto direto em áreas como o biossensoriamento, os biochips e as células solares de filmes finos, além da própria computação óptica.

Capturando o arco-íris

Os sulcos na superfície do chip plasmônico - e a variação de propriedades ópticas que eles induzem - permitem que diferentes comprimentos de onda da luz sejam presos em posições diferentes na estrutura - um autêntico depósito de luz de várias cores.

As estruturas reduzem tanto a velocidade da luz que se torna possível capturar múltiplos comprimentos de onda em um único chip, enquanto os "métodos convencionais" de prender arco-íris precisam lidar com cada cor separadamente.

Outra vantagem é que o dispositivo funciona a temperatura ambiente.

"A luz é normalmente muito rápida, mas as estruturas que criamos podem diminuir significativamente a luz de banda larga", diz Gan. "É como se eu pudesse manter a luz na minha mão."

Mas os pesquisadores não sabem dizer ainda a velocidade que a luz assume no interior de seu dispositivo. Este é o próximo passo da pesquisa, o que será feito usando fontes de luz ultra-rápidas.

"Assim que soubermos isso, vamos ser capazes de demonstrar a nossa capacidade de manipular a luz através de experimentos e otimizar a estrutura para retardar a luz ainda mais," conclui o pesquisador.

Bibliografia:

Experimental verification of the rainbow trapping effect in adiabatic plasmonic gratings
Qiaoqiang Gan, Yongkang Gao, Kyle Wagner, Dmitri Vezenov, Yujie J. Ding, Filbert J. Bartoli
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 108 (13) 5169-5173
DOI: 10.1073/pnas.1014963108
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