Eletrônica

Quase-átomos permitem criar moléculas fotônicas

Brasileiros usam quase-átomos para criar moléculas fotônicas
A grande novidade do trabalho dos brasileiros foi a utilização de "quase-átomos" para criar moléculas fotônicas.[Imagem: Luis Barêa et al./Photonics Journal]

Processamento com fótons

Pesquisadores da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas - SP) criaram moléculas fotônicas que estão chamando a atenção da comunidade científica internacional.

Luís Alberto Barêa e Newton Frateschi afirmam que as moléculas fotônicas poderão ser a solução para o "aumento exponencial da demanda por bits", que está trazendo dois problemas principais: a necessidade de sistemas de transmissão de dados cada vez mais rápidos e a exigência de um consumo de energia cada vez menor.

"O objetivo é produzir dispositivos capazes de conduzir e confinar a luz, ou então atrasar um sinal, a fim de separá-lo, modificá-lo ou combiná-lo," explica Frateschi.

A solução consiste em dispositivos optoeletrônicos e fotônicos baseados em microrressonadores ópticos, que permitem confinar fótons fortemente, dentro de cavidades diminutas, proporcionando baixo consumo de energia, alta velocidade de processamento e altos tempos de vida fotônica.

Quase-átomos

Quase todos os sistemas fotônicos atuais são baseados em ressonadores na forma de anéis - há poucos dias, uma equipe de Cingapura apresentou um novo conceito de ressonador em forma de esfera, uma espécie de átomo artificial:

Os pesquisadores brasileiros preferem chamar esses dispositivos inovadores de "quase-átomos".

Ao se confinar espacialmente o fóton dentro de um ressonador, tem-se algo semelhante a um átomo, no qual o elétron fica retido espacialmente em torno do próton.

Brasileiros usam quase-átomos para criar moléculas fotônicas
Ao se confinar espacialmente o fóton dentro de um ressonador, tem-se algo semelhante a um átomo. [Imagem: Luis Barêa et al./Photonics Journal]

"A semelhança entre as situações permite chamar esses ressonadores de 'quase átomo' - 'quase' porque o elétron não é extraído facilmente do átomo, ao passo que o fóton sim, de tal forma que deve haver um suprimento de fótons constante para manter o confinamento," explica Frateschi.

"Combinando os átomos da tabela periódica, temos uma infinidade de compostos que podemos produzir. Da mesma forma, quando produzimos, confinamos e combinamos 'quase átomos', cada qual com certa propriedade, surgem resultados impossíveis de se atingir com um único ressonador. E que permitem aumentar o poder de modulação da luz, armazenar micro-ondas (apesar de serem moléculas de luz) e prover atrasos consideráveis nos sinais, o que é importante para obter um tipo de memória fotônica," explica ele.

Moléculas fotônicas

Mas a grande novidade do trabalho dos brasileiros foi desenvolver uma forma para encadear os quase-átomos, criando as moléculas fotônicas.

Eles combinaram diversos tipos de ressonadores - os quase-átomos - e acoplaram esses ressonadores uns aos outros para formar uma estrutura semelhante a uma molécula, que, em vez de elétrons em seu interior, possui fótons.

O material fotônico produzido tem propriedades que dependem não só das propriedades dos ressonadores individuais, mas também da forma como eles "reagem", isto é, como são acoplados para formar as moléculas fotônicas.

Os cálculos indicam que as moléculas fotônicas permitem uma modulação 2,75 vezes mais rápida utilizando um dispositivo que é 495 vezes menor.

"Estamos falando de dez vezes menos potência óptica, o que é bastante; no atual estágio dessa tecnologia, uma redução de 1% já seria muito importante. Realmente, isso quebra paradigmas," disse Frateschi.

O objetivo da equipe agora é construir os primeiros protótipos tecnológicos, que possam ser testados em condições reais encontradas nas telecomunicações.

Bibliografia:

Open Access Spectral Engineering With CMOS Compatible SOI Photonic Molecules
Luis A. M. Barea, Felipe Vallini, Guilherme F. M. de Rezende, Newton C. Frateschi
Photonics Journal
Vol.: 5, Issue: 6
DOI: 10.1109/JPHOT.2013.2289977




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