p Fontes que integram dois conceitos de material óptico artificial podem conduzir comunicações "Li-Fi" ultrarrápidas. p Em muitas aplicações, As redes ópticas através do ar Li-Fi potencialmente oferecem grandes vantagens em relação ao Wi-Fi e outros sistemas de radiofrequência. As redes Li-Fi podem operar em velocidades extremamente altas. Eles podem explorar um espectro extremamente amplo de frequências. Eles evitam os problemas de interferência que assolam os sistemas de radiofrequência, que são especialmente problemáticos em ambientes de alta segurança, como cabines de aviões e usinas nucleares. Eles são menos abertos a hackers. E embora seu alcance seja relativamente limitado, eles não precisam de conexões de linha de visão para operar, disse Evgenii Narimanov, um professor de engenharia elétrica e da computação da Universidade Purdue.

p As redes Li-Fi de hoje não podem alcançar todos esses benefícios potenciais porque não possuem fontes de luz adequadas, ele disse.

p Mas projetos que integram dois conceitos de material óptico em "hipercristais fotônicos" podem preencher essa lacuna.

p Narimanov propôs esse conceito pela primeira vez em 2014. Este mês, ele e colegas do City College de Nova York relataram demonstrações de hipercristais fotônicos com taxas de emissão de luz muito aumentadas e intensidades no Anais da Academia Nacional de Ciências ( PNAS )

p Os hipercristais fotônicos combinam as propriedades dos metamateriais e dos cristais fotônicos, ambos os materiais ópticos "artificiais" com propriedades que geralmente não são encontradas na natureza, Narimanov disse.

p Metamateriais são criados a partir de blocos de construção artificiais que são muito menores do que o comprimento de onda da luz, enquanto nos cristais fotônicos o tamanho da "célula unitária" é comparável a este comprimento de onda. Embora esses dois tipos de materiais compostos geralmente mostrem propriedades muito diferentes, os hipercristais fotônicos combinam todos na mesma estrutura.

p Os hipercristais fotônicos são baseados em um tipo denominado metamateriais hiperbólicos, que pode ser construída com camadas alternadas de metal e materiais dielétricos - onde a corrente elétrica só pode viajar ao longo das camadas metálicas.

p "Geralmente, para luz, metais e dielétricos são fundamentalmente diferentes:a luz pode viajar em dielétricos, mas é refletido de volta pelos metais, "Narimanov disse." Mas um metamaterial hiperbólico se comporta como metal ao longo das camadas e como um dielétrico na direção perpendicular às camadas, ao mesmo tempo. Para luz, mídia hiperbólica é, Portanto, o terceiro estado da matéria, totalmente diferente dos metais e dielétricos usuais. "

p Entre as propriedades interessantes que essa estrutura produz, o metamaterial acomoda um grande número de estados fotônicos, permitindo a emissão espontânea de luz em taxas extremamente altas.

p "Para uma fonte de luz, o problema é que essa luz no metamaterial hiperbólico não consegue sair, "disse Narimanov.

p Insira os cristais fotônicos - nanoestruturas periódicas que podem manipular a interferência óptica para otimizar a transmissão de luz.

p Nos hipercristais fotônicos integrados apresentados no artigo PNAS, o metamaterial hiperbólico consiste em camadas alternadas de prata (o metal) e óxido de alumínio (o dielétrico). Matrizes hexagonais de orifícios fresados ​​nas camadas criam o cristal fotônico. No design, a luz visível é emitida por pontos quânticos (nanopartículas semicondutoras que podem emitir luz) embutidos em uma das camadas que formam o metamaterial hiperbólico.

p O resultado:níveis extremamente altos de controle e aprimoramento da luz emitida.

p "Esses hipercristais fotônicos foram fabricados no Centro de Pesquisa Avançada da Universidade da Cidade de Nova York usando técnicas de nanofabricação e microfabricação padrão, como evaporação de película fina e moagem de feixe de íons focalizado, "disse Tal Galfsky, um estudante de pós-graduação CCNY que é o autor principal do artigo PNAS. "Essas técnicas são escalonáveis ​​com recursos modernos da indústria."

p Vinod Menon, Professor de física do CCNY, é o autor sênior do artigo, e o aluno de pós-graduação do CCNY, Jie Gu, também contribuíram com o trabalho.

p O trabalho relatado no PNAS demonstra que "em um nível fundamental, o problema de projetar hipercristais fotônicos foi resolvido, "disse Narimanov.

p Ele adverte, Contudo, que desafios significativos de engenharia devem ser superados antes que esses dispositivos possam ser comercializados. Entre essas barreiras, os dispositivos de demonstração são bombeados opticamente por um laser, mas as versões comerciais precisarão ser acionadas eletricamente e incorporar LEDs semicondutores ou orgânicos, ele disse.

p À medida que amadurecem, os hipercristais fotônicos também podem preencher muitas outras funções exigentes na optoeletrônica ultrarrápida. Uma das avenidas de pesquisa mais promissoras, Narimanov sugeriu, é criar versões mais eficientes dos canhões de fóton único empregados no processamento de informações quânticas.