Físicos do Centro de Excelência ARC para Dispositivos de largura de banda ultra-alta para Sistemas Ópticos (CUDOS) desenvolveram uma nova plataforma híbrida integrada, prometendo ser uma alternativa mais avançada aos circuitos integrados convencionais. Os pesquisadores demonstraram que sua abordagem é manufaturável em massa, possibilitando a integração da plataforma em equipamentos eletrônicos do dia a dia, como smartphones. Para os usuários finais, esse avanço técnico significa que pode levar a uma internet mais rápida em seus dispositivos eletrônicos de última geração.

Circuitos integrados, os chamados chips, são usados ​​em equipamentos eletrônicos do dia a dia, como telefones celulares e computadores. É um conjunto de circuitos eletrônicos em uma pequena peça plana de material semicondutor, normalmente silício. Mas esse material tem algumas limitações no que diz respeito ao processamento de dados.

Para superar essas limitações e melhorar o processamento de dados, pesquisadores estão desenvolvendo circuitos ópticos de vidro calcogeneto. Este tipo especial de vidro é usado para redes de telecomunicações ultrarrápidas, transferência de informações na velocidade da luz.

A integração desses circuitos ópticos de vidro em chips de silício pode levar a um sistema de comunicações mais avançado, processando dados cem vezes mais rápido. Esses dois materiais podem ser combinados?

A resposta é sim! Em colaboração com físicos do Instituto Australiano de Ciência e Tecnologia em Nanoescala da Universidade de Sydney (AINST), a Australian National University (ANU) e a RMIT University, o grupo de pesquisa CUDOS em torno do candidato a doutorado Blair Morrison e o pesquisador sênior Dr. Alvaro Casas Bedoya criaram um compacto, circuitos ópticos fabricáveis ​​em massa com funcionalidades aprimoradas, combinando vidros não lineares com material à base de silício.

"Nos últimos anos, o grupo da Universidade de Sydney demonstrou repetidamente funcionalidades empolgantes, como dispositivos de microondas de banda larga que aprimoram tecnologias de radar e contramedidas, usando esses novos vidros de calcogeneto, "Blair Morrison disse do nó CUDOS da Universidade de Sydney.

"Agora, mostramos que é possível combinar este material com a plataforma padrão atual da indústria para integração fotônica, silício, " ele disse.

"Integramos um novo vidro não linear em uma plataforma compatível com CMOS industrialmente escalável. Mantivemos as principais vantagens do silício e do vidro, e fez um circuito óptico ultracompacto funcional e eficiente, "disse o Dr. Alvaro Casas Bedoya, que é o principal gerente de nanofabricação fotônica da CUDOS.

"Uma grande quantidade de novas oportunidades será criada, e isso nos leva um passo mais perto de mover nossa pesquisa do laboratório para aplicações industriais, "disse Blair Morrison.

O diretor do CUDOS e professor da ARC Laureate Fellow Benjamin Eggleton, da University of Sydney, disse que um dia essa nova abordagem permitirá que a indústria miniaturize as funcionalidades fotônicas de dispositivos do tamanho de um laptop ao tamanho de um smartphone ou até mesmo menores, permitindo a implantação em aplicativos do mundo real.

"Isso é empolgante, porque esta é uma plataforma que é mais compatível com a fabricação de semicondutores existente e nos permitirá integrar várias funcionalidades em um único chip de silício, com componentes ativos e passivos, como detectores e moduladores, necessário para aplicativos avançados, "disse o professor Eggleton que supervisionou o projeto.

A equipe de pesquisa multiuniversitária passou por todo o processo de fabricação:A fabricação desses dispositivos usa wafers de silício de uma fundição de semicondutores na Bélgica, uma instalação dedicada no Centro de Física a Laser da ANU para a deposição de vidro, litografia na Escola de Engenharia da Universidade RMIT e, em seguida, são caracterizadas e testadas na AINST da Universidade de Sydney.

Para mostrar o potencial da nova abordagem, os pesquisadores do CUDOS demonstraram ainda um novo laser compacto baseado nas interações luz-som, pela primeira vez em um circuito óptico integrado.

"O avanço aqui é a percepção de que podemos realmente interagir, podemos integrar esse vidro ao silício e podemos fazer a interface do silício ao vidro de forma muito eficiente - podemos aproveitar o melhor dos dois mundos, "Professor Eggleton disse.

A pesquisa é publicada em Optica hoje.

Professora Susan Pond, o Diretor da AINST, enfatizou que este projeto é uma das principais atividades da AINST que lida com o aproveitamento de interações entre fótons e fônons em nanoescala. Este trabalho vincula a pesquisa fundamental em interações de matéria leve em nanoescala com uma perspectiva do usuário final e forte acoplamento à indústria.