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Coração dos computadores de luz terá forma de gravata-borboleta

Coração dos computadores de luz terá forma de gravata-borboleta
As gravatas-borboletas em nanoescala poderão ser os "transistores" dos processadores de luz. [Imagem: Ella Maru Studio]

Miniaturizar a luz

A computação baseada em feixes de luz, em vez da eletricidade usadas pelos microeletrônicos, tornará os computadores e demais aparelhos mais rápidos, mais leves e energeticamente mais eficientes. Uma versão dessa tecnologia já existe em cabos de fibra óptica, mas eles são grandes demais para serem postos dentro dos processadores.

Isso tem gerado um grande volume de pesquisas tentando espremer a luz em nanocanais para tornar tudo viável dentro dos chips - é uma autêntica miniaturização da luz.

Um novo modo incrivelmente simples de fazer isso acaba de surgir pelas mãos de uma equipe de pesquisadores da França e dos EUA - tão simples que os revisores do artigo descrevendo a descoberta fizeram questão de ressaltar que tiveram dificuldade em aceitar que a ideia era válida.

Shuren Hu e seus colegas desenvolveram uma estrutura que parece uma junção entre uma gravata-borboleta e um funil, estrutura esta que concentra a luz quase indefinidamente - os pontos da gravata borboleta são separados por apenas 12 nanômetros, o que é menor do que os mais modernos transistores.

Focalização quase infinita da luz

A pesquisa começou com as equações de Maxwell, que descrevem como a luz se propaga no espaço e no tempo.

Usando dois princípios dessas equações e aplicando condições limitadoras para levar em conta os materiais usados na construção do dispositivo, Hu combinou uma fenda de ar em nanoescala com uma barra de silício também em nanoescala para fazer a forma de gravata-borboleta.

"Geralmente há duas maneiras para aumentar a densidade de energia óptica: focalizar a luz em um espaço minúsculo e aprisionar a luz no espaço pelo maior tempo possível," explica Hu. "O desafio não é apenas espremer um fóton comparativamente do tamanho de um elefante em um espaço do tamanho de uma geladeira, mas também manter o elefante voluntariamente na geladeira por um longo tempo. Tem sido uma crença predominante na fotônica que você tem que escolher entre tempo de aprisionamento e espaço de captura: quanto mais você apertar os fótons, mais ansiosos eles estarão para escapar."

Mas seu funil óptico em forma de gravata-borboleta põe um fim a essa necessidade de abrir mão de uma coisa em benefício da outra.

Coração dos computadores de luz terá forma de gravata-borboleta
A inovação surpreendeu os especialistas pela simplicidade. [Imagem: Shuren Hu et al. - 10.1021/acsphotonics.6b00219]

Da equação ao chip

"O que é realmente especial em relação à nossa nova pesquisa é que o uso da forma de gravata-borboleta concentra tanto a luz que uma pequena quantidade de luz de entrada se torna altamente amplificada em uma região pequena. Podemos utilizá-la para manipular informações de baixa potência em chips de computador," disse a professora Sharon Weiss, da Universidade Vanderbilt, nos EUA.

Hu e Weiss publicaram sua ideia na forma de uma teoria dois anos atrás. Nesse período, eles fizeram uma parceria com a equipe de fotônica da IBM Research e agora finalmente têm nas mãos os protótipos de chips para comprovar que sua teoria funciona.

Os dois pretendem continuar trabalhando para melhorar o dispositivo e explorar sua possível aplicação em futuras plataformas de computadores de luz.

Bibliografia:

Experimental realization of deep-subwavelength confinement in dielectric optical resonators
Shuren Hu, Marwan Khater, Rafael Salas-Montiel, Ernst Kratschmer, Sebastian Engelmann, William M. J. Green, Sharon M. Weiss
Science Advances
Vol.: 4, no. 8, eaat2355
DOI: 10.1126/sciadv.aat2355

Design of photonic crystal cavities for extreme light concentration
Shuren Hu, Sharon M. Weiss
ACS Photonics
Vol.: 3 (9), pp 1647-1653
DOI: 10.1021/acsphotonics.6b00219




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