Uma equipe internacional de pesquisadores da Moscow State University (Rússia), Sandia National Laboratories (EUA), e a Universidade Friedrich-Schiller (Alemanha) desenvolveram um metamaterial ultra-rápido ajustável baseado em nanopartículas de arsenieto de gálio. Seu estudo foi publicado em Nature Communications . O novo metamaterial óptico abre caminho para a transferência ultrarrápida de informações em nanoescala.

Metamateriais ópticos são meios feitos pelo homem que adquirem propriedades ópticas incomuns devido à nanoestruturação. Por quase 20 anos, pesquisadores projetaram muitos dispositivos baseados em metamateriais, incluindo aqueles que escondem objetos para aqueles sensíveis a concentrações mínimas de substâncias. Contudo, na fabricação, as propriedades do metamaterial permanecem fixas. A equipe descobriu uma maneira de "ligar" e "desligar" metamateriais, "e muito rapidamente - mais de 100 bilhões de vezes por segundo.

Os pesquisadores fabricaram o metamaterial a partir de um filme fino de arsenieto de gálio por litografia de feixe de elétrons com subsequente ataque de plasma. O material consiste em uma matriz de nanopartículas semicondutoras, que pode concentrar ressonantemente e "reter" a luz em nanoescala. Em outras palavras, quando a luz ilumina o metamaterial, ele fica "preso" dentro das nanopartículas e interage com mais eficiência com elas.

O princípio de funcionamento do metamaterial sintonizável ultrarrápido está na geração de pares elétron-buraco. No estado estacionário, o metamaterial é reflexivo. Então, pesquisadores iluminam o metamaterial com um pulso de laser ultracurto. Sua energia é usada para gerar elétrons e lacunas de elétrons - "buracos" - no material. A presença de elétrons e lacunas altera as propriedades do metamaterial de tal forma que ele não é mais reflexivo. Em uma fração de segundo, elétrons e lacunas desaparecem ao se encontrarem, e o metamaterial é reflexivo novamente. Desta maneira, é possível construir elementos lógicos ópticos, o que também abre a possibilidade de criar computadores ópticos ultrarrápidos.

Em 2015, uma parte da mesma colaboração relatou um dispositivo semelhante baseado em nanoestruturas de silício. Em seu novo estudo, arsenieto de gálio foi usado em vez de silício, que aumentou em uma ordem de magnitude a eficiência do controle da luz através da luz em metamateriais.

No futuro, a pesquisa poderia permitir a criação de dispositivos de transferência de informações com velocidades de processamento de dezenas e centenas de terabits por segundo. A demonstração de metamateriais semicondutores sintonizáveis ​​altamente eficientes é um passo significativo em direção a tais velocidades de processamento de informação.