p Engenheiros da Duke University demonstraram um dispositivo que pode direcionar fótons de luz em torno de cantos agudos, praticamente sem perdas devido ao retroespalhamento, uma propriedade fundamental que será necessária se a eletrônica for substituída por dispositivos baseados em luz. p O resultado foi alcançado com cristais fotônicos construídos sobre o conceito de isoladores topológicos, que ganhou o Prêmio Nobel de seus descobridores em 2016. Ao controlar cuidadosamente a geometria de uma estrutura de cristal, os pesquisadores podem evitar que a luz viaje por seu interior e, ao mesmo tempo, a transmita perfeitamente ao longo de sua superfície.

p Por meio desses conceitos, o dispositivo atinge sua transmitância quase perfeita em torno dos cantos, apesar de ser muito menor do que os designs anteriores.

p A Semiconductor Industry Association estima que o número de dispositivos eletrônicos está aumentando tão rapidamente que até o ano de 2040, não haverá energia suficiente no mundo inteiro para dirigi-los a todos. Uma solução potencial é recorrer a fótons sem massa para substituir os elétrons usados ​​atualmente para transmitir dados. Além de economizar energia, os sistemas fotônicos também prometem ser mais rápidos e ter maior largura de banda.

p Os fótons já estão em uso em algumas aplicações, como a comunicação fotônica no chip. Uma desvantagem da tecnologia atual, Contudo, é que esses sistemas não podem girar ou dobrar a luz com eficiência. Mas para que os fótons substituam os elétrons nos microchips, viajar pelos cantos em espaços microscópicos é uma necessidade.

p "Quanto menor for o dispositivo, melhor, mas é claro que estamos tentando minimizar as perdas também, "disse Wiktor Walasik, um associado de pós-doutorado em engenharia elétrica e da computação na Duke. “Há muitas pessoas trabalhando para tornar possível um sistema de computação totalmente óptico. Ainda não chegamos lá, mas acho que essa é a direção que estamos indo. "

p Demonstrações anteriores também mostraram pequenas perdas ao guiar os fótons em torno dos cantos, mas a nova pesquisa da Duke faz isso em um dispositivo retangular de apenas 35 micrômetros de comprimento e 5,5 micrômetros de largura - 100 vezes menor do que os dispositivos baseados em ressonadores em anel demonstrados anteriormente.

p No novo estudo, que apareceu online em 12 de novembro no jornal Nature Nanotechnology , pesquisadores fabricaram isoladores topológicos usando litografia de feixe de elétrons e mediram a transmitância de luz por meio de uma série de curvas fechadas. Os resultados mostraram que cada volta resultou apenas na perda de alguns pontos percentuais.

p "Orientar a luz em torno de cantos agudos em cristais fotônicos convencionais era possível antes, mas apenas por meio de um longo e trabalhoso processo feito sob medida para um conjunto específico de parâmetros, "disse Natasha Litchinitser, professor de engenharia elétrica e da computação na Duke. "E se você cometeu o menor erro em sua fabricação, ele perdeu muitas das propriedades que você estava tentando otimizar. "

p "Mas nosso dispositivo funcionará independentemente de suas dimensões ou geometria do caminho dos fótons e o transporte de fótons é 'protegido topologicamente, '"acrescentou Mikhail Shalaev, aluna de doutorado no laboratório de Litchinitser e primeira autora do artigo. "Isso significa que, mesmo que haja pequenos defeitos na estrutura cristalina fotônica, o guia de ondas ainda funciona muito bem. Não é tão sensível a erros de fabricação. "

p Os pesquisadores apontam que seu dispositivo também tem uma grande largura de banda operacional, é compatível com tecnologias modernas de fabricação de semicondutores, e funciona em comprimentos de onda usados ​​atualmente em telecomunicações.

p Os pesquisadores estão tentando fazer seu guia de ondas dinamicamente sintonizável para mudar a largura de banda de sua operação. Isso permitiria que o guia de ondas fosse ligado e desligado à vontade - outro recurso importante para que as tecnologias totalmente ópticas baseadas em fótons se tornem realidade.