Propriedades de nanofocagem e modo óptico do guia de onda de plasmon de lacuna híbrida orgânica na plataforma de silício usada para mistura degenerada de quatro ondas. As inserções representam as distribuições do modo eletromagnético escalonado para uma grande lacuna de metal de 500 nm e uma estreita lacuna de metal de 25 nm, junto com a fórmula química para MEH-PPV. Crédito:Nielsen et al., 2017 / Imperial College London
Ao forçar a luz a passar por uma lacuna menor do que nunca, pesquisadores abriram caminho para computadores baseados em luz em vez de eletrônicos.
A luz é desejável para uso em computação porque pode transportar uma densidade maior de informações e é muito mais rápida e eficiente do que a eletrônica convencional. Contudo, a luz não interage facilmente com ela mesma, então, embora possa ser usado para mover informações rapidamente, não é muito bom no processamento de informações.
Por exemplo, a luz é usada atualmente para transferir informações a longas distâncias, como em cabos transatlânticos e fibras ópticas, que oferecem internet rápida. Contudo, uma vez que a informação chega ao seu computador, eletrônicos são necessários para convertê-lo e processá-lo.
Para usar luz para processamento em microchips, vários obstáculos importantes precisam ser superados. Por exemplo, a luz pode ser feita para interagir usando materiais específicos, mas apenas em distâncias relativamente longas. Agora, Contudo, uma equipe do Imperial College London deu um passo significativo ao reduzir em 10 a distância sobre a qual a luz pode interagir, 000 vezes.
Isso significa que o que antes levaria centímetros para ser alcançado agora pode ser realizado na escala de micrômetro (um milionésimo de metro), trazendo o processamento óptico para a faixa de transistores elétricos, que atualmente alimentam computadores pessoais. Os resultados são publicados hoje na revista. Ciência .
Dr. Michael Nielsen, do Departamento de Física do Imperial, disse:"Esta pesquisa marcou uma das caixas necessárias para a computação óptica.
"Porque a luz não interage facilmente com ela mesma, as informações enviadas por meio da luz devem ser convertidas em um sinal eletrônico, e então de volta à luz. Nossa tecnologia permite que o processamento seja realizado puramente com luz. "
Normalmente, quando dois feixes de luz se cruzam, os fótons individuais não interagem ou se alteram, como dois elétrons fazem quando se encontram. Materiais ópticos não lineares especiais podem fazer os fótons interagirem, mas o efeito geralmente é muito fraco. Isso significa que uma grande extensão do material é necessária para acumular gradualmente o efeito e torná-lo útil.
Contudo, comprimindo a luz em um canal de apenas 25 nanômetros (25 bilionésimos de um metro) de largura, a equipe Imperial aumentou sua intensidade. Isso permitiu que os fótons interagissem com mais força em uma distância curta, mudando a propriedade da luz que emergiu da outra extremidade do canal de um micrômetro de comprimento.
Estrutura fabricada de W =25 nm e L =2μm com acopladores de grade e cones de 30 °. As imagens foram obtidas por microscopia eletrônica de varredura. Crédito:Nielsen et al., 2017 / Imperial College London
Controlar a luz em uma escala tão pequena é um passo importante é a construção de computadores que usam luz em vez de eletrônicos. A computação eletrônica está no limite da eficiência; embora seja possível fazer um processador eletrônico mais rápido, o custo de energia para mover os dados da memória ao redor do computador mais rápido é muito alto.
Para tornar os computadores mais poderosos, os processadores são, em vez disso, menores, então mais podem caber no mesmo espaço, sem aumentar a velocidade de processamento. O processamento óptico pode gerar pouco ou nenhum calor, o que significa que usar luz pode tornar os computadores muito mais rápidos e eficientes.
A equipe conseguiu o efeito usando um canal de metal para focar a luz dentro de um polímero previamente investigado para uso em painéis solares. Os metais são mais eficientes em focalizar a luz do que os materiais transparentes tradicionais, e também são usados para direcionar sinais elétricos.
A nova tecnologia, portanto, não é apenas mais eficiente, mas pode ser integrado com a eletrônica atual.
Dr. Rupert Oulton, do Departamento de Física do Imperial disse:"O uso da luz para transferir informações está cada vez mais perto de nossas casas. Foi usado pela primeira vez em cabos transatlânticos, onde a capacidade era mais crucial, mas agora a banda larga de fibra óptica está sendo instalada em mais e mais ruas no Reino Unido. À medida que nossa fome por mais dados aumenta, a ótica precisará entrar em casa, e, eventualmente, dentro de nossos computadores. "
Além de fornecer um passo importante para a computação óptica, a conquista da equipe potencialmente resolve um problema antigo em óptica não linear. Uma vez que feixes de luz interagindo com cores diferentes passam por um material óptico não linear em velocidades diferentes, eles podem ficar 'fora de compasso' e o efeito desejado pode ser perdido.
No novo dispositivo, porque a luz viaja uma distância tão curta, não há tempo para perder o ritmo. Isso elimina o problema, e permite que dispositivos ópticos não lineares sejam mais versáteis no tipo de processamento óptico que pode ser alcançado.
Barra lateral:O que é óptica não linear?
O processo pelo qual os fótons interagem é chamado de óptica não linear. As tecnologias que o utilizam são bastante comuns - um exemplo simples é um apontador laser verde. É difícil fazer um laser verde diretamente, portanto, cristais ópticos não lineares são usados para converter a luz infravermelha em verde.
Luz infravermelha invisível de um diodo laser semicondutor, alimentado por baterias, é passado através de um cristal que permite que os fótons interajam uns com os outros. Aqui, dois fótons infravermelhos (invisíveis) se unem para formar um único fóton com o dobro da energia, correspondendo à luz verde.
