Pesquisadores da ETH Zurique desenvolveram o primeiro componente de circuito optoeletrônico que funciona sem vidro e, em vez disso, é feito de metal. O componente, referido como um modulador, converte sinais de dados elétricos em sinais ópticos. É menor e mais rápido do que os moduladores atuais, e muito mais fácil e barato de fazer.

Os componentes ópticos para microeletrônica devem ser feitos de vidro. Os metais não são adequados para este fim, uma vez que os dados ópticos podem se propagar apenas por cerca de uma distância de 100 micrômetros. Essa era a visão geral dos cientistas até recentemente. Uma equipe de pesquisadores liderada por Juerg Leuthold, professor do Departamento de Tecnologia da Informação e Engenharia Elétrica, agora conseguiu fazer o que se pensava ser impossível e desenvolveu um componente de processamento de luz feito de metal. Os pesquisadores apresentaram suas descobertas na última edição da revista. Ciência .

Eles realizaram essa façanha construindo um componente pequeno o suficiente:com apenas 3 x 36 micrômetros, está dentro de uma faixa de tamanho em que as informações óticas e elétricas podem se propagar em metais.

Componente para redes de fibra ótica

O componente é um modulador:moduladores convertem sinais elétricos de dados em sinais ópticos. Eles são instalados em modernos roteadores de internet usados ​​para redes de fibra óptica e permitem conexões de dados de fibra óptica entre unidades de computador em data centers. Contudo, os componentes padrão usados ​​hoje funcionam de maneira diferente dos novos moduladores.

O novo componente funciona direcionando a luz de uma fonte de fibra óptica para o modulador, fazendo com que os elétrons em sua superfície oscilem. Os especialistas se referem a isso como uma oscilação de plasma de superfície. Essa oscilação pode ser alterada indiretamente por pulsos de dados elétricos. Quando a oscilação dos elétrons é convertida de volta em luz, a informação elétrica agora está codificada no sinal óptico. Isso significa que as informações são convertidas de um pulso de dados elétrico para um óptico que pode ser transmitido por meio de fibra óptica.

Mais rápido e menor

Dois anos atrás, Leuthold e seus colegas desenvolveram um desses moduladores plasmônicos. No momento, foi o menor e mais rápido modulador já construído, mas o chip semicondutor ainda tinha vários componentes de vidro.

Ao substituir todos os componentes de vidro por metálicos, os cientistas conseguiram construir um modulador ainda menor que funciona na velocidade mais alta. "Em metais, elétrons podem se mover em praticamente qualquer velocidade, Considerando que a velocidade no vidro é limitada devido às suas propriedades físicas, "diz Masafumi Ayata, um estudante de doutorado no grupo de Leuthold e principal autor do estudo. No experimento, os pesquisadores conseguiram transmitir dados a 116 gigabits por segundo. Eles estão convencidos de que, com mais melhorias, taxas de transferência de dados ainda mais altas serão possíveis.

Gravado a partir de uma camada de ouro

O protótipo do modulador testado pelos pesquisadores da ETH é feito de uma camada de ouro que fica sobre uma superfície de vidro. Os cientistas enfatizaram que o vidro não tem função. "Em vez da camada de vidro, também poderíamos usar outras superfícies lisas adequadas, ", diz Leuthold. Também pode ser possível usar cobre mais barato em vez de ouro para aplicações industriais. O ponto importante é que apenas um revestimento metálico é necessário para os novos moduladores." Isso os torna muito mais fáceis e baratos de fabricar, "diz Leuthold.

Os pesquisadores já estão trabalhando com um parceiro industrial para colocar em prática o novo modulador, e conversas com outros parceiros estão em andamento. Contudo, Leuthold acredita que mais desenvolvimento pode ser necessário antes que a tecnologia esteja pronta para o mercado; por exemplo, ele espera que a perda atual de força do sinal durante a modulação possa ser reduzida ainda mais.

Para computadores e veículos autônomos

O novo modulador poderá um dia ser usado não apenas para aplicações de telecomunicações, mas também para computadores. "A indústria de computadores está considerando o uso de fibra óptica para transferir dados entre os chips individuais dentro dos computadores, "diz Leuthold. No entanto, isso exigiria moduladores minúsculos - como os desenvolvidos por Leuthold e sua equipe.

Em última análise, também é concebível que os moduladores possam ser usados ​​em telas - incluindo aquelas dobráveis ​​- e sensores ópticos, como aqueles no sistema Lidar para medição de distância que são usados ​​em carros (semi-) autônomos.