Eletrônica

Chip poliglota traduz sinais de som, luz e ondas de rádio

Transdutor optomecânico traduz sinais de som, luz e rádio
A miniaturização deste multitransdutor deverá ajudar muito na busca por novas formas de transferir e armazenar informações nos computadores e nas telecomunicações. [Imagem: K. Balram/K. Srinivasan/NIST]

Multitransdutor

Tecnicamente, o dispositivo acima é um circuito piezo-optomecânico dentro de um chip.

Na prática, é um componente inédito capaz de converter ondas de luz, acústicas e de rádio, transformando umas nas outras e vice-versa.

A miniaturização deste multitransdutor deverá ajudar muito na busca por novas formas de transferir e armazenar informações nos computadores e nas telecomunicações - transdutor é um dispositivo que converte um tipo de energia em outro, como os alto-falantes, que convertem eletricidade em ondas sonoras, e os microfones, que fazem o inverso.

Para superar as deficiências da eletrônica, os engenheiros estão cada vez mais explorando interfaces dos componentes eletrônicos com outros sistemas físicos que carregam informações. A luz, por exemplo, é muito rápida e não esquenta os circuitos, mais é difícil de armazenar. Já o som, que não é tão rápido, mas pode ser armazenado mais facilmente, já vem sendo utilizado em comunicações sem fios.

O novo chip optomecânico piezoelétrico é capaz de converter qualquer um desses tipos de sinais - elétrons, fótons e fônons - intercambiavelmente uns nos outros, permitindo que cada um seja utilizado quando oferecer as maiores vantagens.

Optomecânica

No coração deste circuito está uma cavidade optomecânica, formada por uma viga suspensa, em escala nanométrica. Dentro da viga há uma série de buracos que funcionam como uma espécie de sala de espelhos para a luz (fótons). Os fótons de uma cor muito específica - ou frequência - rebatem entre esses espelhos milhares de vezes antes de escapar.

Ao mesmo tempo, a viga confina os fônons, ou vibrações mecânicas, a uma frequência de bilhões de ciclos por segundo (GHz). Os fônons são gerados por pulsos elétricos atuando sobre um material piezoelétrico.

Como estão dentro da mesma estrutura, os fótons e fônons trocam energia, de modo que as vibrações da viga influenciam a acumulação de fótons no interior da cavidade, enquanto a acumulação de fótons dentro da cavidade influencia a amplitude das vibrações mecânicas - lembrando que tudo é controlado pelos pulsos elétricos.

A força dessa interação - o chamado acoplamento - é uma das maiores já relatadas para um sistema optomecânico.

"Os futuros sistemas de processamento de informação vão precisar incorporar outros portadores de dados, tais como fótons e fônons, a fim de realizar diferentes tarefas de uma forma otimizada. Este trabalho apresenta uma plataforma para a transdução de informações entre essas diferentes portadoras," disse Kartik Srinivasan, físico do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST) dos EUA.

Bibliografia:

Coherent coupling between radio frequency, optical, and acoustic waves in piezo-optomechanical circuits
Krishna C. Balram, Marcelo Davanco, Jin Dong Song, Kartik Srinivasan
Nature Photonics
DOI: 10.1038/nphoton.2016




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