Pesquisadores da Universidade de Washington, trabalhando com pesquisadores da ETH-Zurique, Purdue University e Virginia Commonwealth University, alcançaram um avanço nas comunicações ópticas que pode revolucionar a tecnologia da informação.

Eles criaram um pequeno dispositivo, menor que um cabelo humano, que traduz bits elétricos (0 e 1 da linguagem digital) em luz, ou bits fotônicos, em velocidades 10s de vezes mais rápidas do que as tecnologias atuais.

"Tal como aconteceu com os avanços anteriores na tecnologia da informação, isso pode impactar dramaticamente a maneira como vivemos, "disse Larry Dalton, um professor emérito de química da UW e líder em pesquisa em fotônica.

Esses novos dispositivos eletro-ópticos se aproximam do tamanho dos elementos atuais do circuito eletrônico e são importantes para integrar fotônica e eletrônica em um único chip. A nova tecnologia também envolve a utilização de uma partícula, um polariton de plasmon, que tem propriedades intermediárias entre elétrons e fótons. Essa tecnologia de partículas híbridas é conhecida como plasmônica.

Os resultados foram publicados hoje na revista. Natureza .

"O dispositivo foi construído como um modulador plasmônico, "disse Christian Haffner, estudante de graduação na ETH-Zurique e principal autor do artigo. "Isso é incomum, pois a implementação tradicional depende de fotônica em vez de plasmônica. Na verdade, pesquisadores evitam plasmônicos, já que a plasmônica é conhecida em toda a indústria como uma tecnologia que tem o preço das mais altas perdas ópticas. Ainda assim - e esta é de longe a descoberta mais espetacular - um truque foi encontrado para usar plasmonics sem sofrer essas perdas elevadas. "

Para aumentar a capacidade de manipulação de informações da computação, telecomunicações, tecnologias de detecção e controle, os dados precisam ser comunicados com alta largura de banda em grandes distâncias sem degradação de sinais (informações), ou consumindo muita energia e gerando muito calor. É aí que a nova tecnologia descrita no Natureza artigo se encaixa. Chamado de modulador eletro-óptico, o dispositivo converte sinais elétricos em ópticos, capazes de viajar por cabos de fibra de vidro ou sem fio através do espaço via satélite e torres de celular. Isso deve ser realizado com excelente eficiência energética, usando dispositivos extremamente pequenos, capazes de processar grandes quantidades de dados.

"O dispositivo deve ser muito sensível, capaz de responder a campos elétricos muito pequenos. Se os campos necessários para controlar o dispositivo forem pequenos, então o consumo de energia também é baixo. Isso é importante porque a eficiência energética é crítica para todas as aplicações, "o co-autor Dalton disse, adicionando, "Você deseja evitar a geração de calor e degradação da informação em aplicativos de computação ou telecomunicações."

Este último avanço segue um avanço em 2000, quando Dalton e uma equipe de pesquisadores da UW e da University of Southern California introduziram pela primeira vez polímeros ou plásticos eletro-ópticos recém-projetados, que foram integrados em dispositivos de um centímetro de comprimento que podem ser operados com menos de um volt e com larguras de banda superiores a 100 gigahertz. Infelizmente, esses dispositivos eram muito maiores do que elementos eletrônicos de geração de dados e não eram adequados para integração de elementos eletrônicos e fotônicos em um único chip.

Contudo, transição para plasmônica, este problema de pegada foi resolvido. E tudo começou quando uma equipe internacional de cientistas e engenheiros começou a melhorar o dispositivo integrando melhores materiais eletro-ópticos orgânicos com plasmônicos. Plasmons são criados quando a luz incide em uma superfície metálica, como ouro. Os fótons então passam parte de sua energia para os elétrons na superfície metálica, de modo que os elétrons oscilam. Essas novas oscilações fóton-elétron são chamadas de polaritons de plasmon. Trabalhar com polaritons de plasmon permite uma redução dramática no tamanho do circuito óptico e operação de largura de banda muitas vezes maior do que a fotônica.

Em comparação com a descoberta de 2000, a largura de banda dos dispositivos aumentou quase um fator de 10, reduzindo os requisitos de energia em quase 1, 000 e isso se traduz em uma redução no aquecimento.

O calcanhar de Aquiles da plasmônica, Contudo, é referido como perda óptica. Embora a degradação do sinal com a distância de transmissão não seja tão ruim quanto com a eletrônica, a degradação do sinal com plasmônicos é muito pior do que com fotônicos.

"Os pesquisadores ETH e Purdue conceberam uma arquitetura de dispositivo elegante que aborda o problema da perda plasmônica e atinge perda comparável à de moduladores totalmente fotônicos usando uma combinação de plasmônica e fotônica, "Dalton disse.

Ele chamou o dispositivo de uma integração elegante de eletrônicos, fotônica e plasmônica, usando um material eletro-óptico orgânico que permite a integração de todas as opções de processamento de sinal.

"Este é um avanço duplamente significativo em plasmônicos e materiais eletroativos orgânicos, possível através da iteração criativa entre a previsão de materiais, Projeto, síntese, e otimização de propriedade, "disse Linda S. Sapochak, diretor da divisão de pesquisa de materiais da National Science Foundation, que ajudou a financiar a pesquisa.

A integração de eletrônica e fotônica em chips foi reconhecida por mais de uma década como o próximo passo crítico na evolução da tecnologia da informação.

A tecnologia da informação é a ciência de como sentimos nosso mundo e processamos e comunicamos essas informações.

As aplicações do novo dispositivo podem ser divididas em duas categorias com base no comprimento de onda da luz utilizada:telecomunicações de fibra óptica e interconexões ópticas em computação utilizam luz (fótons) em frequências ópticas (luz infravermelha), enquanto aplicações como radar e telecomunicações sem fio usam radiação eletromagnética nas regiões de radiofrequência e micro-ondas (luz de comprimento de onda longo).

No espaço de telecomunicações e computação, a eletro-óptica leva as informações geradas em um dispositivo eletrônico (por exemplo, um processador de computador) e os transformam em sinais de luz que viajam por um cabo de fibra óptica ou por meio de uma transmissão sem fio para outro dispositivo eletrônico.

"Nesse sentido, você pode pensar na eletro-óptica como as "rampas de acesso da superestrada da informação, '"disse Dalton.

A eletro-óptica também é crítica para muitas outras aplicações, como radar e GPS. Representa tecnologia de sensor crítica, incluindo aplicações como detecção de rede incorporada. Por exemplo, a eletro-óptica é crítica para muitos componentes de um veículo autônomo e para monitorar elementos de infraestrutura, como edifícios e pontes. O dispositivo é relevante para o processamento de informações digitais e analógicas.