Se o epicentro da revolução eletrônica recebeu o nome do material que o tornou possível - silício? - então o local de nascimento da revolução fotônica pode muito bem receber o nome de niobato de lítio. Embora o Vale do Niobato de Lítio não tenha o mesmo anel do Vale do Silício, esse material poderia ser para a óptica o que o silício era para a eletrônica.

O niobato de lítio já é um dos materiais ópticos mais usados, bem conhecido por suas propriedades eletro-ópticas, o que significa que pode converter com eficiência sinais eletrônicos em sinais ópticos. Os moduladores de niobato de lítio são a espinha dorsal das telecomunicações modernas, conversão de dados eletrônicos em informações ópticas na extremidade de cabos de fibra óptica.

Mas é notoriamente difícil fabricar dispositivos de alta qualidade em pequena escala usando niobato de lítio, um obstáculo que até agora excluiu a integração prática, aplicações no chip.

Agora, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) desenvolveram uma técnica para fabricar microestruturas ópticas de alto desempenho usando niobato de lítio, abrindo a porta para circuitos fotônicos integrados ultra-eficientes, fotônica quântica, conversão de micro-ondas para óptica e muito mais.

A pesquisa é publicada em Optica .

"Esta pesquisa desafia o status quo, "disse Marko Loncar, o Tiantsai Lin Professor de Engenharia Elétrica na SEAS e autor sênior do artigo. "Demonstramos que você pode fabricar dispositivos de niobato de lítio de alta qualidade - com perda ultrabaixa e alto confinamento óptico - usando os processos convencionais de microfabricação."

A maioria das microestruturas ópticas convencionais são feitas usando processos de corrosão química ou mecânica. Mas o niobato de lítio é quimicamente inerte, o que significa que a corrosão química está fora de questão.

"Usar a corrosão química no niobato de lítio é como usar água para remover esmalte de unha, simplesmente não vai funcionar, "disse Mian Zhang, co-primeiro autor do artigo e pós-doutorado no SEAS. "No passado, o ataque mecânico também foi descartado porque existe um preconceito de que o niobato de lítio é como um pedaço de rocha que não pode ser esculpido suavemente. "

Mas o laboratório Loncar - que é conhecido por seu trabalho com diamantes - tem experiência com materiais resistentes. Aproveitando essa experiência com diamantes, a equipe usou gravação de plasma padrão para esculpir fisicamente microrressonadores em filmes finos de niobato de lítio fornecidos pela empresa NANOLN.

Os pesquisadores demonstraram que os nanowaveguides podem propagar luz através de um caminho de um metro, perdendo apenas cerca de metade de sua potência óptica. Em comparação, a luz que se propagava nos dispositivos anteriores de niobato de lítio perderia pelo menos 99 por cento da luz na mesma distância.

"Os nanowaveguides que demonstramos aqui têm uma perda de propagação de menos de três dB por metro, o que significa que agora podemos fazer manipulação sofisticada de luz ao longo de um caminho de um metro, "disse Cheng Wang, co-primeiro autor do artigo e pós-doutorado no SEAS. "Também mostramos que você pode dobrar fortemente esses guias de onda, de modo que um guia de onda com um metro de comprimento possa ser embalado dentro de um chip de um centímetro. "

"Este é um avanço significativo em fotônica integrada e fotônica de niobato de lítio, "disse Qiang Lin, Professor Associado de Engenharia Elétrica e de Computação e Professor Associado de Óptica da Universidade de Rochester, que não participou da pesquisa. "Isso abre a porta para uma variedade de funcionalidades intrigantes, habilitado pelas propriedades ópticas e elétricas exclusivas do niobato de lítio que não existem em outras mídias ópticas. "

"Esta pesquisa demonstra que este material relativamente inexplorado está pronto para abordar aplicações críticas em links ópticos para data centers, "disse Joseph Kahn, Professor de Engenharia Elétrica na Universidade de Stanford, que não participou da pesquisa. "O niobato de lítio de película fina (TFLN) é especialmente adequado para qualquer função que requeira a modulação da luz ou a mudança da frequência da luz. Nos próximos anos, A TFLN desempenhará um papel fundamental na capacitação de minúsculos, barato, módulos ópticos de baixa potência para centros de dados para alcançar funcionalidade semelhante aos equipamentos de telecomunicações de hoje, que é muito maior, mais caro, e com mais fome de energia. "

Próximo, os pesquisadores pretendem aproveitar esses resultados e desenvolver uma plataforma de niobato de lítio para uma ampla gama de aplicações, incluindo comunicação óptica, computação quântica e comunicação e fotônica de microondas.