Eletrônica na velocidade da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/01/2020

Esta é uma ilustração de como os elétrons se movem entre dois braços de uma nanoantena metálica, empurrados por uma onda de luz de ciclo único.
[Imagem: University of Konstanz]

Processamento em attossegundos

Os transistores eletrônicos atuais, tradicionalmente baseados na tecnologia de semicondutores de silício, podem ser chaveados - ligados ou desligados - na faixa dos picossegundos, ou seja, 10^-12 segundos.

Enquanto transistores individuais já se aproximam de um terahertz (1 THz = 10¹² Hz), os telefones celulares e computadores funcionam com frequências máximas de alguns gigahertz (1 GHz = 10⁹ Hz). Não tem dado para para ir além porque tudo esquenta demais.

O caminho então é migrar da eletricidade para a luz.

E uma equipe de pesquisadores europeus encontrou agora uma maneira de transportar elétrons, manipulando-os com luz, a uma velocidade tal que permitiu saltar a faixa dos femtossegundos (10^-15 segundos), chegando a tempo na faixa dos attossegundos (10^-18 segundos).

Isso terá implicações importantes para o futuro do processamento e da computação de dados, bem como para o estudo detalhado das interações entre a luz e a matéria.

Plasmônica e optoeletrônica

Markus Ludwig e seus colegas demonstraram que os elétrons podem ser forçados a se moverem a velocidades abaixo dos femtossegundos por meio do uso de ondas de luz precisamente ajustadas.

Os componentes incluem antenas de ouro em nanoescala e um laser ultrarrápido, capaz de emitir cem milhões de pulsos de luz de ciclo único por segundo. Ao incidir sobre o metal da nanoantena, os pulsos de luz geram uma corrente elétrica mensurável, conhecida como corrente plasmônica.

O design em formato de gravata borboleta da antena óptica permitiu uma concentração espaço-temporal do campo elétrico do pulso do laser em um espaço de seis nanômetros (1 nm = 10^-9 metros). Com isso, todas as dimensões envolvidas ficam abaixo do comprimento de onda da luz (sub-comprimento de onda e sub-ciclo).

À esquerda, micrografia do componente real. À direita, dimensões por onde os elétrons tunelam (sem contato).
[Imagem: Markus Ludwig et al. - 10.1038/s41567-019-0745-8]

Futuro da eletrônica

Como resultado do caráter altamente não linear do tunelamento dos elétrons do metal e da aceleração sobre o espaço no campo óptico, os pesquisadores conseguiram alternar correntes eletrônicas em velocidades de aproximadamente 600 attossegundos, ou seja, 0,6 femtossegundo.

"Nossos experimentos com pulsos de luz de ciclo único nos levaram à faixa dos attossegundos no transporte de elétrons. Esse pode ser o futuro distante da eletrônica," disse o professor Alfred Leitenstorfer, da Universidade de Constança (Alemanha).

A equipe acredita que o futuro da eletrônica está em dispositivos plasmônicos e optoeletrônicos integrados que operem no regime de elétron único com acionamento por luz de frequência óptica, em vez de micro-ondas.

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