Eletrônica

Luz líquida unifica eletrônica e fotônica

Chave de luz líquida unifica eletrônica e fotônica
O "mar" de luz líquida emite feixes que podem ser controlados por um campo elétrico. [Imagem: Alexander Dreismann]

Chave de luz

Conforme os transistores ficam cada vez menores, está sendo necessário lidar com os efeitos quânticos associados com átomos e elétrons individuais. Por isso tem havido um esforço crescente na busca de alternativas para o elétron como o transportador primário de informação.

Alexander Dreismann e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, encontraram uma dessas alternativas explorando um estado da matéria conhecido como "luz líquida", que permite misturar sinais elétricos e ópticos usando quantidades mínimas de energia.

Eles construíram um novo tipo de chave que é energeticamente muito eficiente, o que significa que o componente pode se tornar a base de futuras tecnologias de processamento de sinais e de transmissão de informações - além de um transístor ser essencialmente uma chave, o componente também funciona como um conversor elétrico-óptico.

Luz líquida

O nome técnico da luz líquida é "Polariton de Bose-Einstein". Os polaritons são quasipartículas que nascem da junção de elétrons com fótons, e estão na base de um campo emergente conhecido como Plasmônica. Um Condensado de Bose-Einstein é um preparado especial da matéria em que milhões de átomos se comportam como se fossem um só, daí ser ele conhecido como átomo artificial.

O condensado de Polaritons de Bose-Einstein foi gerado aprisionando a luz entre dois espelhos espaçados por apenas alguns nanômetros, onde os fótons interagem com os elétrons na superfície de placas finas de um material semicondutor, criando uma quasipartícula que é meio luz e meio matéria.

Quando muitos polaritons são colocados no mesmo espaço - um excesso deles para esse espaço - é possível induzir sua condensação, similar à condensação de gotículas de água em um ambiente saturado. Com isto, forma-se um fluido de luz-matéria, ou luz líquida.

Fluido de luz-matéria

O fluido de luz-matéria pode girar no sentido horário (spins para cima) ou anti-horário (spins para baixo), e esse giro pode ser controlado por meio de um campo elétrico.

Como o fluido emite luz com seu spin característico, esse controle funciona como uma chave, alternando os modos de luz que são então coletados e podem ser enviados por meio de fibras ópticas para comunicação.

Na prática, o sistema todo funciona como um meio de converter sinais elétricos em sinais ópticos, um dos grandes gargalos na hora de conectar as rápidas vias de comunicação por luz com os bem mais lentos circuitos lógicos eletrônicos.

"O interruptor de polariton unifica as melhores propriedades da eletrônica e da óptica em um pequeno componente que pode transmitir em velocidades muito altas e usando quantidades mínimas de energia," disse Dreismann.

Como o protótipo funciona a temperaturas criogênicas, devido às características do material semicondutor usado, ele ainda é inadequado para uso prático fora dos laboratórios. Por isso a equipe anunciou que está pesquisando outros materiais que possam operar a temperatura ambiente, de modo que o dispositivo possa ser comercializado.

Bibliografia:

A sub-femtojoule electrical spin-switch based on optically trapped polariton condensates
Alexander Dreismann, Hamid Ohadi, Yago del Valle-Inclan Redondo, Ryan Balili, Yuri G. Rubo, Simeon I. Tsintzos, George Deligeorgis, Zacharias Hatzopoulos, Pavlos G. Savvidis, Jeremy J. Baumberg
Nature Materials
DOI: 10.1038/nmat4722




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